一種肖特基二極管用外延片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。該二極管外延片包括襯底以及沿其厚度方向依次覆蓋在所述襯底一側(cè)面上的GaN二維生長(zhǎng)層、SiNx模板層、GaN恢復(fù)層、重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重?fù)诫snGaN層一側(cè)的另一側(cè)面上的CGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍(lán)寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是由SiH4和NH3在GaN二維生長(zhǎng)層的背離所述襯底一側(cè)的另一側(cè)面上原位生長(zhǎng)形成的，所述SiNx層的厚度低于一個(gè)原子層的厚度。利用本發(fā)明的外延片制成的肖特基二極管終端器件的漏電較低、使用壽命長(zhǎng)，減小了電流密度、提高了器件的反向擊穿電壓。
【專利說(shuō)明】一種肖特基二極管用外延片及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]肖特基二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體接觸原理制作而成，是一種熱載流子二極管，具有低正向電壓、超高速等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在高頻、大電流、低電壓整流電路以及微波電子混頻電路、檢波電路、高頻數(shù)字邏輯電路、交流-直流變換系統(tǒng)中，是電子器件中常見的分立器件。現(xiàn)有技術(shù)中，肖特基二極管普遍采用外延片作為其半導(dǎo)體部件。而用于GaN肖特基二極管的外延片的襯底主要有三種，即藍(lán)寶石襯底、硅襯底和碳化硅襯底。其中，由于碳化硅的價(jià)格昂貴，而Si襯底不適合用于制作垂直結(jié)構(gòu)的肖特基二極管，故藍(lán)寶石襯底在垂直結(jié)構(gòu)的肖特基二極管中應(yīng)用更為廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的平片狀藍(lán)寶石襯底由于其位錯(cuò)密度較高，制成的二極管電子器件漏電流較高、易擊穿、晶體質(zhì)量不高。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的一種技術(shù)方案是:一種肖特基二極管用外延片，包括依次層疊設(shè)置的襯底、GaN 二維生長(zhǎng)層、SiNx模板層、GaN恢復(fù)層、重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重?fù)诫snGaN層一側(cè)的另一側(cè)面上的CGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍(lán)寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN 二維生長(zhǎng)層的背離所述襯底一側(cè)的另一側(cè)面上使用SiH4和NH3原位生長(zhǎng)形成的，所述SiNx層的厚度低于一個(gè)原子層的厚度。
[0007]優(yōu)選地，所述CGaN帽層的摻雜源為三甲基鎵中的甲基-CH3,摻雜濃度為5E18?lE20cm—3。
[0008]優(yōu)選地，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nm。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設(shè)備在藍(lán)寶石平片上制作而成的。
[0010]優(yōu)選地，所述GaN 二維生長(zhǎng)層的厚度為0.3?Ιμ??;所述GaN恢復(fù)層的厚度為2?5μπι;所述重?fù)诫snGaN層的厚度為2?3.5μηι;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μηι，所述CGaN帽層的厚度為I?20nmo
[0011]優(yōu)選地，所述重?fù)诫snGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4，其摻雜濃度分別為 1E18?1.5E19cm—3 和 3E15?1.5E16cm—30
[0012]本發(fā)明的另一技術(shù)方案為:
一種如上述肖特基二極管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A、將帶有AlN蓋層的所述襯底放入MOCVD設(shè)備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在所述襯底上直接生長(zhǎng)所述GaN二維生長(zhǎng)層；
B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長(zhǎng)層上原位生長(zhǎng)所述SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長(zhǎng)所述GaN恢復(fù)層和所述重?fù)诫snGaN層；
D、保持溫度不變，在所述重?fù)诫snGaN層上生長(zhǎng)所述輕摻雜nGaN層；
E、在700?850°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長(zhǎng)所述CGaN帽層；
上述各步驟的順序?yàn)橐来芜M(jìn)行。
[0013]優(yōu)選地，所述GaN 二維生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)壓力為30?400mbar。
[0014]優(yōu)選地，所述重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層的生長(zhǎng)壓力均為200?700mbar。
[0015]優(yōu)選地，所述CGaN帽層的生長(zhǎng)壓力為30?10mbar。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的襯底通過(guò)在藍(lán)寶石平片上覆蓋AlN蓋層來(lái)替代低溫GaN緩沖層，同時(shí)在GaN二維生長(zhǎng)層上原位生長(zhǎng)SiNx模板層，顯著減少了刃位錯(cuò)密度和螺位錯(cuò)密度，使二極管外延片結(jié)構(gòu)的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯(cuò)密度降低至5*107/cm3以下。低位錯(cuò)密度減少了肖特基二極管終端器件的漏電通道，可顯著提高反向擊穿電壓和正向?qū)娏?，提高了外延片的晶體質(zhì)量、增加了器件的使用壽命；同時(shí)還節(jié)約了生長(zhǎng)時(shí)間。
[0017]2、本發(fā)明中還采用了 CGaN帽層，該CGaN帽層中含有較高的碳含量，使得帽層中電阻率顯著提升。采用該帽層使得電流橫向擴(kuò)展，減小電流密度，由此可有效提高器件的反向擊穿電壓。
[0018]
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
附圖1是本發(fā)明所述的肖特基二極管用外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]上述附圖中:1、襯底；11、藍(lán)寶石平片；12、A1N蓋層;2、GaN二維生長(zhǎng)層;3、SiNx模板層;4、GaN恢復(fù)層;5、重?fù)诫snGaN層；6、輕摻雜nGaN層；7、CGaN帽層。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
[0023]參見圖1所示，一種肖特基二極管用外延片，包括襯底以及沿其厚度方向依次覆蓋在襯底一側(cè)面上的GaN 二維生長(zhǎng)層、SiNx模板層、GaN恢復(fù)層、重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層、CGaN帽層。
[0024]其中，該襯底為帶有AlN蓋層12的藍(lán)寶石平片11襯底，該襯底由AlN蓋層12采用PVD或sputter設(shè)備在藍(lán)寶石平片11上制作而成，該AlN蓋層12厚度為5?200nm。
[0025]該SiNx模板層是在GaN二維生長(zhǎng)層上使用SiH4和NH3原位生長(zhǎng)形成的，該SiNx層的厚度低于一個(gè)原子層的厚度。
[0026]這里，通過(guò)采用AlN蓋層12替代了低溫GaN層，同時(shí)配合SiNx模板層，可顯著減少了整個(gè)外延片的刃位錯(cuò)密度和螺位錯(cuò)密度，使肖特基二極管外延片結(jié)構(gòu)的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯(cuò)密度降低至5*107/cm3以下。低位錯(cuò)密度減少了肖特基二極管終端器件的漏電通道，可顯著提高反向擊穿電壓和正向?qū)娏?，提高了外延片的晶體質(zhì)量，增加了器件的使用壽命，同時(shí)還節(jié)約了外延片的生長(zhǎng)時(shí)間。
[0027]而這里采用了CGaN帽層結(jié)構(gòu)，其帽層結(jié)構(gòu)中含有較高的碳含量，使得帽層中電阻率顯著提升。采用該帽層使得電流橫向擴(kuò)展，減小電流密度，由此可有效提高器件的反向擊穿電壓。
[0028]本例中，該GaN二維生長(zhǎng)層的厚度為0.3?Iym5GaN恢復(fù)層的厚度為2?5μπι;重?fù)诫snGaN層的厚度為2?3.5μηι;輕摻雜nGaN層的厚度為4?12ym，CGaN帽層的厚度為I?20nm。
[0029]這里，重?fù)诫snGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4，其摻雜濃度分別為1E18?1.5E19cm—3和3E15?1.5E16cm—3 ；該CGaN帽層的摻雜源為三甲基鎵中的甲基-CH3，摻雜濃度為 5E18 ?lE20cnf3。
[0030]—種上述肖特基二極管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A、將襯底放入MOCVD設(shè)備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在襯底上直接生長(zhǎng)GaN二維生長(zhǎng)層；
B、在950?1050°C溫度下，在GaN 二維生長(zhǎng)層上原位生長(zhǎng)SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在SiNx模板層上依次生長(zhǎng)GaN恢復(fù)層和重?fù)诫snGaN層；
D、保持溫度不變，在重?fù)诫snGaN層上生長(zhǎng)輕摻雜nGaN層；
E、在700?850°C溫度下，在輕摻雜nGaN層上生長(zhǎng)CGaN帽層。
[0031]其中，GaN二維生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)壓力為30?400mbar;重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層的生長(zhǎng)壓力均為200?700mbar;而CGaN帽層的生長(zhǎng)壓力為30?10mbar。
[0032]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種肖特基二極管用外延片，包括依次層疊設(shè)置的襯底、GaN 二維生長(zhǎng)層、SiNx模板層、GaN恢復(fù)層、重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層，其特征在于，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重?fù)诫snGaN層一側(cè)的另一側(cè)面上的CGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍(lán)寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN 二維生長(zhǎng)層的背離所述襯底一側(cè)的另一側(cè)面上使用SiH4和Mfe原位生長(zhǎng)形成的，所述SiNx層的厚度低于一個(gè)原子層的厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述CGaN帽層的摻雜源為三甲基鎵中的甲基-CH3,摻雜濃度為5E18?1E20 cnf3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nmo4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設(shè)備在藍(lán)寶石平片上制作而成的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述GaN二維生長(zhǎng)層的厚度為0.3?Ιμπι;所述GaN恢復(fù)層的厚度為2?5μηι;所述重?fù)诫snGaN層的厚度為2?3.5μηι;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μπι，所述CGaN帽層的厚度為I?20nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述重?fù)诫snGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4，其摻雜濃度分別為1E18?1.5E19cm—3和3E15?1.5E16 cnf3。7.—種如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的肖特基二極管用外延片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: A、將帶有AlN蓋層的所述襯底放入MOCVD設(shè)備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在所述襯底上直接生長(zhǎng)所述GaN二維生長(zhǎng)層； B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長(zhǎng)層上原位生長(zhǎng)所述SiNx模板層； C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長(zhǎng)所述GaN恢復(fù)層和所述重?fù)诫snGaN層； D、保持溫度不變，在所述重?fù)诫snGaN層上生長(zhǎng)所述輕摻雜nGaN層； E、在700?850°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長(zhǎng)所述CGaN帽層； 上述各步驟的順序?yàn)橐来芜M(jìn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述GaN二維生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)壓力為30?400mbaro9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述重?fù)诫snGaN層、輕摻雜nGaN層的生長(zhǎng)壓力均為200?700mbar。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述CGaN帽層的生長(zhǎng)壓力為30?10mbar0
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK106098747SQ201610497787
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王東盛, 朱廷剛, 李亦衡, 張葶葶, 王科, 李仕強(qiáng), 張子瑜
【申請(qǐng)人】江蘇能華微電子科技發(fā)展有限公司