一種三級管用外延片及其制備方法
【專利說明】一種三級管用外延片及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種三極管用外延片及其制備方法，特別涉及一種使用圖像化藍寶石襯底的三極管用外延片及其制備方法。
【背景技術】
[0003]目前用于三極管的外延片的襯底主要有兩種，即藍寶石襯底和碳化硅襯底。但由于碳化硅的價格昂貴，故藍寶石襯底的使用更為廣泛。現有技術中普遍使用的平片狀藍寶石襯底由于其位錯密度較高，制成的三極管電子器件漏電流較高、易擊穿。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種三級管用外延片及其制備方法，由其制成的三極管電子器件漏電較低、擊穿電壓較高、壽命較長。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
一種三級管用外延片，包括依次層疊的襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、InAIN本征層、GaN蓋層，所述襯底為圖形化藍寶石襯底，所述GaN成核層為C摻雜的GaN成核層，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層。
[0006]優選地，所述圖形化藍寶石襯底的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6μπι、2.4μπι、
0.6 μm，或分別為 1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μm，或分別為 1.2 μπι、1.8 μπι、0.1 μπι。
[0007]優選地，所述GaN成核層的厚度為20~50nm;所述GaN緩沖層的厚度為2~3 μ m;所述GaN溝道層的厚度為80~150nm;所述InAIN本征層的厚度為6~15nm;所述GaN蓋層的厚度為l~2nm。
[0008]優選地，所述GaN成核層和所述GaN緩沖層所采用的C的摻雜源為CC1 4或C 2H2。
[0009]優選地，所述InAIN本征層中In的摩爾百分含量為20~30%。
[0010]本發明采用的又一技術方案為:
一種如上所述的三級管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A將圖形化藍寶石襯底在1050~1100°C的!12氛圍下高溫凈化5~10min;
8在Η 2氛圍下將步驟A凈化后的襯底降溫至500~600°C，在襯底上生長C摻雜的GaN成核層；
C溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層上生長C摻雜的GaN緩沖層；
D在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層上生長GaN溝道層；
E在所述GaN溝道層上生長InAIN本征層；
F在所述InAIN本征層上生長GaN蓋層。
[0011]優選地，步驟B中，采用M0CVD工藝在所述襯底上生長所述GaN成核層。
[0012]優選地，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層，所述GaN緩沖層的生長壓力為30~50mbar。
[0013]優選地，所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長壓力均為50~70mbar或70~100mbar或 100~133mbar 或 133~166mbar 或 166~200mbar。
[0014]優選地，所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長溫度均為980~1000°C或1000~1020°C或 1020~1050°C 或 1050~1080°Co
[0015]本發明采用以上技術方案，相比現有技術具有如下優點:在圖形化藍寶石襯底生長摻C的GaN成核層和摻C的GaN緩沖層制成了更高晶體質量的半絕緣GaN，所制成的三極管外延片晶體質量更好，相較常規平片藍寶石襯底制作的三極管用外延片，位錯密度由lE9cm3降低至lE8cm 3，且用此外延片制作的三極管電子器件漏電流較低，擊穿電壓較高，壽命較長。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為本發明的三級管用外延片的結構示意圖。
[0017]上述附圖中，1、襯底；2、GaN成核層；3、GaN緩沖層；4、外延結構層；41、GaN溝道層；42、InAIN本征層；43、GaN蓋層。
【具體實施方式】
[0018]下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域的技術人員理解。
[0019]圖1所示為本發明的一種三級管用外延片。結合圖1所示，該三級管用外延片包括依次層疊的襯底1、GaN成核層2、GaN緩沖層3、GaN溝道層41、InAIN本征層42、GaN蓋層43。
[0020]所述襯底1為圖形化藍寶石襯底(PSS)l。圖形化藍寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6 μπι、2.4 μπκΟ.6 μπι;或，圖形化藍寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.7 μηι、2.6 μπκΟ.4 μπι;或，圖形化藍寶石襯底1的圖形高度、寬度、間隙分別為1.2 μπι、1.8 μm>0.1 μmD
[0021 ] 成核層2為C摻雜的GaN成核層2，GaN緩沖層3為C摻雜的GaN緩沖層3。GaN成核層2和GaN緩沖層3都是用了 C摻雜，共同作為三級管用外延片的絕緣層，與圖像化藍寶石襯底1構成半絕緣GaN。GaN成核層2的厚度為20~50nm，GaN緩沖層3的厚度為2~3 μ m。GaN成核層2和所述GaN緩沖層3所采用的C的摻雜源為CC1 4或C 2H2。
[0022]溝道層41、InAIN本征層42、GaN蓋層43形成三級管用外延片的外延結構層4。其中，GaN溝道層41的厚度為80~150nm，InAIN本征層42的厚度為6~15nm，GaN蓋層43的厚度為l~2nm。InAIN本征層42中In的摩爾百分含量為20~30%。
[0023]一種上述三級管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A、提供圖形化藍寶石襯底1，將圖形化藍寶石襯底1在1050~1100°(:的H2氛圍下高溫凈化 5~10min;
B、在H2氛圍下將步驟A凈化后的圖形化藍寶石襯底1降溫至500~600°C，在圖形化藍寶石襯底1上生長GaN成核層2;
C、溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層2上生長GaN緩沖層3;
D、在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層3上生長非摻雜的GaN溝道層41，GaN溝道層41覆蓋于GaN緩沖層3之上；
E、在所述GaN溝道層41上生長InAIN本征層42，InAIN本征層42如鈣于GaN溝道層41之上；
F、在所述InAIN本征層42上生長GaN蓋層43，GaN蓋層43覆蓋于InAIN本征層42之上。
[0024]步驟B中，采用M0CVD工藝(即金屬有機化合物化學氣相沉淀工藝，Metal-organicChemical Vapor Deposit1n )在所述襯底1上生長所述GaN成核層2。
[0025]步驟C中，所述GaN緩沖層3的生長壓力為30~50mbar。
[0026]在生長外延結構層4的步驟E、F中，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長壓力均為50~70mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長壓力均為70~100mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長壓力均為100~133mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長壓力均為133~166mbar;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長壓力均為166~200mbar。
[0027]本征層42、GaN蓋層43的生長溫度均為980~1000°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長溫度均為1000~1020°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長溫度均為1020~1050°C ;或，InAIN本征層42、GaN蓋層43的生長溫度均為1050~1080°C。
[0028]相比平片藍寶石襯底制成的三極管外延片，本發明在圖像化藍寶石襯底上沉積摻C的GaN成核層和摻C的GaN緩沖層構成半絕緣GaN，在此基礎上制成的三極管外延片的位錯密度由現有技術中的lE9cm 3降低至lE8cm 3。
[0029]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，是一種優選的實施例，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種三級管用外延片，包括依次層疊的襯底、GaN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層、InAIN本征層、GaN蓋層，其特征在于:所述襯底為圖形化藍寶石襯底，所述GaN成核層為C摻雜的GaN成核層，所述GaN緩沖層為C摻雜的GaN緩沖層。2.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于:所述圖形化藍寶石襯底的圖形高度、寬度、間隙分別為1.6 μηι、2.4 μπι、0.6 μπι，或分別為1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μπι，或分別為1.2 μ m、1.8 μ m、0.1 μ m。3.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核層的厚度為20~50nm;戶斤述GaN緩沖層的厚度為2~3 μ m ;所述GaN溝道層的厚度為80~150nm ;所述InAIN本征層的厚度為6~15nm ;所述GaN蓋層的厚度為l~2nm。4.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核層和所述GaN緩沖層所采用的C的摻雜源為0:14或C 2H2。5.根據權利要求3所述的外延片，其特征在于:所述InAIN本征層中In的摩爾百分含量為 20~30%。6.一種如權利要求1-5任一項所述的三級管用外延片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: A將圖形化藍寶石襯底在1050~1100°C的比氛圍下高溫凈化5~10min ; B將步驟A凈化后的襯底降溫至500~600°C，在襯底上生長C摻雜的GaN成核層； C在H2氛圍下溫度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核層上生長C摻雜的GaN緩沖層； D在1000~1050°C的溫度下，在所述GaN緩沖層上生長GaN溝道層； E在所述GaN溝道層上生長InAIN本征層； F在所述InAIN本征層上生長GaN蓋層。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟B中，采用MOCVD工藝在所述襯底上生長所述GaN成核層。8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述GaN緩沖層的生長壓力為30?50mbar。9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長壓力均為50~200mbar。10.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述InAIN本征層、GaN蓋層的生長溫度均為 980~1000°C或 1000~1020°C或 1020~1050°C或 1050~1080°C。
【專利摘要】<b>本發明提供一種三級管用外延片及其制備方法，由其制成的三極管電子器件漏電更低、擊穿電壓更高、壽命更長。一種三級管用外延片，包括依次層疊的襯底、</b><b>GaN</b><b>成核層、</b><b>GaN</b><b>緩沖層、</b><b>GaN</b><b>溝道層、</b><b>InAlN</b><b>本征層、</b><b>GaN</b><b>蓋層，所述襯底為圖形化藍寶石襯底，所述</b><b>GaN</b><b>成核層為</b><b>C</b><b>摻雜的</b><b>GaN</b><b>成核層，所述</b><b>GaN</b><b>緩沖層為</b><b>C</b><b>摻雜的</b><b>GaN</b><b>緩沖層。</b>
【IPC分類】H01L29/20, H01L21/02
【公開號】CN105405872
【申請號】CN201510727930
【發明人】王東盛, 苗操, 李亦衡, 魏鴻源, 嚴文勝, 張葶葶, 朱廷剛
【申請人】江蘇能華微電子科技發展有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月30日