提高氮化镓基电子器件可靠性的方法及氮化镓基电子器件技术

本发明专利技术提供了一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟原子掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上外延形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。与现有技术相比，本发明专利技术将氟原子引入氮化镓材料中，由于氟原子可以与氮化镓材料中的原生氢杂质有效结合为缺陷复合体(F‑H复合体)，并且F‑H复合体的结合能非常高，难以在电应力、热应力或者辐照条件下分解，从而提高了氮化镓基电子器件的可靠性；且该方法具有简单、可控性好、可操作性强的优点，易于工业化生产。

Method of Improving Reliability of GaN-based Electronic Devices and GaN-based Electronic Devices

The invention provides a method for improving the reliability of GaN-based electronic devices, including: in the preparation process of GaN-based electronic devices, after epitaxy growth of GaN layer, doping fluorine atoms into GaN layer, then heat treatment in protective atmosphere, forming fluorine-doped GaN layer; epitaxy formation of barrier layer on fluorine-doped GaN layer, and continuous preparation of GaN-based electric barrier layer. Sub device. Compared with the prior art, the present invention introduces fluorine atoms into GaN material. Because the fluorine atoms can effectively combine with the primary hydrogen impurities in GaN material to form defect complex (F_H complex), and the binding energy of F_H complex is very high, it is difficult to decompose under electric stress, thermal stress or irradiation conditions, thereby improving the reliability of GaN-based electronic devices. The method has the advantages of simplicity, good controllability and strong operability, and is easy to be industrialized.

【技术实现步骤摘要】
提高氮化镓基电子器件可靠性的方法及氮化镓基电子器件
本专利技术属于氮化镓基电子器件
，尤其涉及一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法及氮化镓基电子器件。
技术介绍
氮化镓(GaN)具有大禁带宽度、高电子饱和速度、高击穿场强、高电子迁移率、强自发极化和压电极化等优异特性，因此GaN基电子器件在大电流、高功率、高温、高频和高效率的应用中具有很广阔的前景。但GaN基电子器件在工作过程中，会在电应力或者辐照条件下发生退化。理论和实验研究表明，GaN基电子器件退化的根源在于GaN材料中的原生杂质和缺陷(如氧杂质、镓空位、氮空位等)会和原生氢杂质形成复合体。这些含氢复合体会在热应力、电应力或者辐照条件下发生析氢反应，同时伴随着复合体缺陷价态的变化。从而导致器件电学性质的退化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法及氮化镓基电子器件。本专利技术提供了一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。优选的，所述氟掺杂的氮化镓层的厚度为氮化镓层厚度的1/5～1/3。优选的，所述氟掺杂的氮化镓层中氟原子的浓度为1015～1019cm-3。优选的，所述氟元素通过四氟化碳等离子体处理、六氟化硫等离子体处理与氟离子注入中的一种或多种掺入氮化镓层中。优选的，所述四氟化碳等离子体处理时等离子体功率为50～200W，等离子体处理的时间为30～200s。优选的，所述六氟化硫等离子体处理时等离子体功率为50～200W，等离子体处理的时间为30～200s。优选的，所述氟离子注入的能量为20～40keV；束流密度为10～20μA/cm2；温度为200℃～400℃；剂量为1016～1018cm-2。优选的，所述热处理的温度为600℃～900℃；所述热处理的时间为10～30min。本专利技术还提供了一种氮化镓基电子器件，包括氮化镓层；所述氮化镓层包括氟掺杂的氮化镓层；所述氟掺杂的氮化镓层上设置有势垒层。优选的，所述势垒层由氮化铝、氮化硼、铝镓氮合金、硼铝氮合金、铟铝氮合金及硼铟氮合金中的一种或多种形成。本专利技术提供了一种提高氮化镓基电子器件的方法，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上外延形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。与现有技术相比，本专利技术将氟原子引入氮化镓材料中，由于氟原子可以与氮化镓材料中的原生氢杂质有效结合为缺陷复合体(F-H复合体)，并且F-H复合体的结合能非常高，难以在电应力、热应力或者辐照条件下分解，从而提高了氮化镓基电子器件的可靠性；且该方法具有简单、可控性好、可操作性强的优点，易于工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1中得到的GaN肖特基二极管的结构示意图；图2为本专利技术实施例2中得到的GaN高电子迁移率晶体管的结构示意图；图3为本专利技术实施例3中得到的GaN金属绝缘半导体高电子迁移率晶体管的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上外延形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。本专利技术对所有原料的种类并没有特殊的限制，为市售即可。所述氮化镓基电子器件的制备方法为本领域技术人员熟知的制备方法即可，并无特殊的限制；在本专利技术中优选在衬底上外延生长氮化镓层；所述衬底为本领域技术人员熟知的衬底即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为蓝宝石、碳化硅、硅、石英与氮化镓厚膜中的一种或多种。当所述氮化镓基电子器件包括双异质结时，优选先在衬底上外延生长可与氮化镓形成异质结的半导体层，然后在半导体层上外延生长氮化镓层；所述半导体层为本领域技术人员熟知的可与氮化镓形成异质结的半导体层即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选由III族氮化物及其合金形成，更优选由氮化铝、氮化硼、铝镓氮合金、硼铝氮合金、铟铝氮合金与硼铟氮合金中的一种或多种形成。外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中；所述氟元素掺杂入氮化镓层的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选通过四氟化碳等离子体处理、六氟化硫等离子体处理与氟离子注入中的一种或多种掺入氮化镓层中；当采用四氟化碳等离子处理时等离子体功率优选为50～200W，更优选为60～100W；等离子体处理的时间优选为30～200s，更优选为30～100s，再优选为40～80s，再优选为40～60s；当采用六氟化硫等离子体处理时等离子体功率优选为50～200W，更优选为60～100W；等离子体处理的时间优选为30～200s，更优选为30～100s，再优选为40～80s，再优选为40～60s；当采用氟离子注入时，其能量优选为20～40keV，更优选为25～35keV，再优选为30keV；束流密度优选为10～20μA/cm2，更优选为15μA/cm2；氟离子注入的温度优选为200℃～400℃，更优选为250℃～350℃，再优选为300℃；氟离子注入的剂量优选为1016～1018cm-2，更优选为5×1016～5×1017cm-2。然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；所述保护气氛为本领域技术人员熟知的保护气氛即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为氮气或氩气；所述热处理的温度优选为600℃～900℃，更优选为700℃～900℃，再优选为700℃～850℃，再优选为700℃～800℃；所述热处理的时间优选为10～30min，更优选为15～25min，再优选为15～20min；所述氟掺杂的氮化镓层厚度为氮化镓层厚度的1/5～1/3，更优选为1/5～1/4；所述氟掺杂的氮化镓层的表面氟离子浓度最高，氟掺杂的氮化镓层中氟原子的浓度不超过氮化镓中原生氧杂质的浓度，因此所述氟掺杂的氮化镓层中氟原子的浓度优选为1015～1019cm-3。在氟掺杂的氮化镓层上外延形成势垒层；所述势垒层为本领域技术人员熟知的势垒层即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选由III族氮化物及其合金形成，更优选由氮化铝、氮化硼、铝镓氮合金、硼铝氮合金、铟铝氮合金与硼铟氮合金中的一种或多种形成；所述形成势垒层的方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为外延沉积势垒层。形成势垒层后，继续制备氮化镓基电子器件，即按照本领域技术人员熟知的步骤制备即可，并无特殊的限制，可直接衬底及势垒层上蒸镀金属，热处理得到电极；也可在势垒层上刻蚀得到电极区域，然后蒸镀金属，热处理得到电极；还可在势垒层上形成介电层，刻蚀出源极、漏极区域，蒸镀金属，热处理形成源极与漏极，然后在介电层上形成钝化层，在钝化层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法，其特征在于，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。

【技术特征摘要】
1.一种提高氮化镓基电子器件可靠性的方法，其特征在于，包括：在氮化镓基电子器件制备过程中，外延生长氮化镓层后，将氟元素掺杂入氮化镓层中，然后在保护气氛中热处理，形成氟掺杂的氮化镓层；在氟掺杂的氮化镓层上形成势垒层，继续制备氮化镓基电子器件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟掺杂的氮化镓层的厚度为氮化镓层厚度的1/5～1/3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟掺杂的氮化镓层中氟原子的浓度为1015～1019cm-3。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟元素通过四氟化碳等离子体处理、六氟化硫等离子体处理与氟离子注入中的一种或多种掺入氮化镓层中。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述四氟化碳等离子体处理时等离子体功率为50～200W，等离子体处理的时间为30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓉，童小东，张世勇，徐建星，郑鹏辉，谭为，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51