一種二極管用外延片及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種二極管用外延片及其制備方法。該二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的LTGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和NH3原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。利用本發明的外延片制成的二極管終端器件的反向擊穿電壓和正向導通電流得到了顯著提高、漏電降低，其使用壽命也得到了大大延長。
【專利說明】 一種二極管用外延片及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種二極管用外延片及其制備方法。
【背景技術】
[0003]肖特基二極管利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導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，被廣泛地應用在高頻、大電流、低電壓整流電路以及微波電子混頻電路、檢波電路、高頻數字邏輯電路、交流-直流變換系統中，是電子器件中常見的分立器件。現有技術中，肖特基二極管普遍采用外延片作為其半導體部件。而用于GaN肖特基二極管的外延片的襯底主要有三種，即藍寶石襯底、硅襯底和碳化硅襯底。其中，由于碳化硅的價格昂貴，而Si襯底不適合用于制作垂直結構的肖特基二極管，故藍寶石襯底在垂直結構的肖特基二極管中應用更為廣泛。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，制成的二極管電子器件漏電流較高、易擊穿、晶體質量不高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種二極管用外延片及其制備方法，由其制備的二極管器件的漏電通道大大減少、反向擊穿電壓和正向導通電流得到了顯著提高，器件的使用壽命長。
[0005]為達到上述目的，本發明采用的一種技術方案是:一種二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN 二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的LTGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和NH3原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。
[0006]優選地，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設備在藍寶石平片上制作而成的。
[0007]進一步優選地，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nm。
[0008]優選地，所述GaN 二維生長層的厚度為0.3?Ιμπι;所述GaN恢復層的厚度為2?5μπι;所述重摻雜nGaN層的厚度為2?3.5μηι;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μηι，所述LTGaN帽層的厚度為I?20nmo
[0009]優選地，所述重摻雜nGaN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
[00?0]本發明的又一技術方案為:
一種如上述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設備中加熱升溫至1040?1100 °C，而后在所述襯底上直接生長所述GaN二維生長層；
B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長層上生長所述SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長所述GaN恢復層和所述重摻雜nGaN層；
D、保持溫度不變，在所述重摻雜nGaN層上生長所述輕摻雜nGaN層；
E、在500?650°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長所述LTGaN帽層；
上述各步驟的順序為依次進行。
[0011 ] 優選地，所述GaN 二維生長層的生長壓力為30?400mbar。
[0012]優選地，所述重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar。
[0013]優選地，所述LTGaN帽層的生長壓力為200?600mbar。
[0014]本發明采用以上技術方案，相比現有技術具有如下優點:
1、本發明的襯底通過在藍寶石平片上覆蓋AlN蓋層來替代低溫GaN緩沖層，同時在GaN二維生長層上原位生長SiNx模板層，顯著減少了刃位錯密度和螺位錯密度，使二極管外延片結構的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯密度降低至5*107/cm3以下。低位錯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導通電流，提高了外延片的晶體質量、增加了器件的使用壽命；同時還節約了生長時間。
[0015]2、本發明中還使用LTGaN帽層結構，該LTGaN帽層即低溫GaN帽層，低溫500?700 °C生長的GaN中較1000°C以上溫度條件下生長的GaN含碳量高，使得帽層中電阻率顯著提升。采用該帽層起到了使電流橫向擴展，減小電流密度的作用。因此可有效提高器件的反向擊穿電壓。
[0016]
【附圖說明】
[0017]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:
附圖1是本發明所述的二極管用外延片的結構示意圖。
[0018]上述附圖中:1、襯底；11、藍寶石平片；12、A1N蓋層;2、GaN二維生長層;3、SiNx模板層;4、GaN恢復層;5、重摻雜nGaN層；6、輕摻雜nGaN層；7、LTGaN帽層。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖來對本發明的技術方案作進一步的闡述。
[0021]參見圖1所示，一種二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層、LTGaN帽層。
[0022]其中，該襯底為帶有AlN蓋層12的藍寶石平片11襯底，該襯底由AlN蓋層12采用PVD或sputter設備在藍寶石平片11上制作而成，該AlN蓋層12厚度為5?200nm。
[0023]該SiNx模板層是在GaN二維生長層上使用SiH4和NH3原位生長形成的，該SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。
[0024]這里，通過采用AlN蓋層12替代了低溫GaN層，同時配合SiNx模板層，可顯著減少了整個外延片的刃位錯密度和螺位錯密度，使二極管外延片結構的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯密度降低至5*107/cm3以下。低位錯密度減少了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導通電流，提高了外延片的晶體質量，增加了器件的使用壽命，同時還節約了外延片的生長時間。
[0025]而這里使用LTGaN帽層結構，LTGaN帽層即低溫GaN帽層，低溫500?700°C生長的GaN中較100tC以上條件下生長的GaN含碳量高，使得帽層中電阻率顯著提升，采用該帽層起到了使電流橫向擴展，減小電流密度的作用。因此可有效提高器件的反向擊穿電壓。
[0026]本例中，該GaN二維生長層的厚度為0.3?Iym5GaN恢復層的厚度為2?5μπι;重摻雜nGaN層的厚度為2?3.5μηι;輕摻雜nGaN層的厚度為4?12ym，LTGaN帽層的厚度為I?20nm。
[0027]這里，重摻雜nGaN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
[0028]—種上述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設備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在襯底上直接生長GaN二維生長層；
B、在950?1050°C溫度下，在GaN 二維生長層上原位生長SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在SiNx模板層上依次生長GaN恢復層和重摻雜nGaN層；
D、保持溫度不變，在重摻雜nGaN層上生長輕摻雜nGaN層；
E、在500?650°C溫度下，在輕摻雜nGaN層上生長LTGaN帽層。
[0029]其中，GaN二維生長層的生長壓力為30?400mbar;重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar;而LTGaN帽層的生長壓力為200?600mbar。
[0030]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，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加以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明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內。
【主權項】
1.一種二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN 二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN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層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的LTGaN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN 二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和Mfe原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。2.根據權利要求1所述的二極管用外延片，其特征在于，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設備在藍寶石平片上制作而成的。3.根據權利要求2所述的二極管用外延片，其特征在于，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nmo4.根據權利要求1所述的二極管用外延片，其特征在于，所述GaN二維生長層的厚度為0.3~]^111;所述631'1恢復層的厚度為2~54111;所述重摻雜11631'1層的厚度為2~3.54111;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μπι，所述LTGaN帽層的厚度為I?20nm。5.根據權利要求1所述的二極管用外延片，其特征在于，所述重摻雜nGaN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。6.—種如權利要求1至5任一項所述的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設備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在所述襯底上直接生長所述GaN二維生長層； B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長層上生長所述SiNx模板層； C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長所述GaN恢復層和所述重摻雜nGaN層； D、保持溫度不變，在所述重摻雜nGaN層上生長所述輕摻雜nGaN層； E、在500?650°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長所述LTGaN帽層； 上述各步驟的順序為依次進行。7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述GaN二維生長層的生長壓力為30?400mbaro8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar。9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述LTGaN帽層的生長壓力為200?600mbaro
【文檔編號】H01L21/02GK106098746SQ201610496970
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】王東盛, 朱廷剛, 李亦衡, 張葶葶, 王科, 李仕強, 張子瑜
【申請人】江蘇能華微電子科技發展有限公司