氮面极性氮化镓外延结构制造方法技术

本发明专利技术涉及一种氮面极性氮化镓外延结构制造方法，包括：提供一氮化镓模板，所述模板包括衬底和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层；在所述第一氮面极性氮化镓层表面再生长氮化镓，形成第二氮面极性氮化镓层；在所述第二氮面极性氮化镓层上依次生长势垒层和沟道层。本发明专利技术所提出的氮面极性的氮化镓外延结构制造方法能够简单的生长出氮面极性的氮化镓，并且能够有效消除射频分散现象，有利于氮面极性氮化镓外延结构的大规模生产和利用。

【技术实现步骤摘要】
氮面极性氮化镓外延结构制造方法
本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种氮面极性氮化镓外延结构制造方法。
技术介绍
作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有许多优良的特性，高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等。基于氮化镓的第三代半导体结构，如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结构场效应晶体管(HFET)等已经得到了应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。GaN材料沿着c轴具有两个极性：氮面极性和镓面极性。大多数HEMT器件中的GaN是镓面极性的，氮面极性GaN是基于相反结晶取向的GaN。氮面极性GaN的优势包括：a)在负偏压条件下更好的2DEG(二维电子气)载流子限制机制，可以通过背部势垒形成更好的断态夹断；b)由于金属电极是直接设置在导电沟道层(如GaN或者InGaN材料)上的，从而可以获得更低电阻率的欧姆接触，相比于传统HEMT器件中的金属电极与AlGaN材料的形成欧姆接触相比，GaN材料上的欧姆接触具有更低的肖特基势垒。然而，关于如何生长氮面极性的GaN一直是个难点，目前仍然没有一种合适的工艺可以生产出氮面极性GaN的HEMT器件。
技术实现思路
本申请提出一种氮面极性氮化镓外延结构制造方法，包括：提供一氮化镓模板，所述模板包括衬底和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层；在所述第一氮面极性氮化镓层表面再生长氮化镓，形成第二氮面极性氮化镓层；在所述第二氮面极性氮化镓层上依次生长势垒层和沟道层。在一个实施例中，所述第一氮面极性氮化镓层厚度为1um-5um。在一个实施例中，所述第二氮面极性氮化镓层厚度为10nm-5um。在一个实施例中，所述沟道层厚度为10nm-100nm。在一个实施例中，所述势垒层厚度为10nm-100nm。在一个实施例中，其特征在于，在形成第二氮面极性氮化镓层之前，清洗所述氮化镓模板并吹干。在一个实施例中，在所述沟道层上分别形成源极、漏极和栅极。本申请所提出的氮面极性的氮化镓外延结构制造方法能够简单的生长出氮面极性的氮化镓，并且能够有效消除射频分散(RFDispersion)现象，有利于氮面极性氮化镓外延结构的大规模生产和利用。附图说明图1为一个实施例所提供的氮面极性氮化镓外延结构制造方法流程图；图2-图4为表示制造一个实施例的氮面极性氮化镓外延结构的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的氮面极性氮化镓外延结构制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。请参考图1-图4，本实施例所提出的氮面极性氮化镓外延结构制造方法包括：S10：提供一氮面极性的氮化镓模板，所述模板包括衬底和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层。具体的，所述氮面极性的氮化镓模板如图2所示，包括衬底1和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层2。衬底1厚度大于10um，所述第一氮面极性氮化镓层2厚度为1um-5um。所述第一氮面极性氮化镓层2与所述衬底1相接触的面为镓面极性，相对的另一面为氮面极性。所述衬底1可以为碳面极性的碳化硅衬底、蓝宝石衬底或者硅衬底。所述第一氮面极性氮化镓层2也可以通过对氮化镓单晶切割获得，即氮面极性的氮化镓单晶衬底。所述氮化镓模板具备高电阻和光滑的表面形态，并且杂质和点缺陷需要尽可能的少，螺纹位错密度需要尽可能的低。S20：在所述第一氮面极性氮化镓层表面再生长氮化镓，形成第二氮面极性氮化镓层。具体的，可以使用化学品如丙酮或者甲醇清洗所述氮化镓模板，然后利用N2干燥。在干燥完后的氮化镓模板上生长第二氮面极性的的氮化镓层3，形成如图3所示的结构。可以采用金属有机化学气相沉积、分子束外延或者直流溅射等工艺形成第二氮化镓层3。例如将氮化镓模板置于真空室里，在气体环境(氮气或氢气或者氮气与氢气的混合气体)下，加热至100℃-1200℃(具体温度取决于所选用的工艺)，氮化镓薄膜将在第一氮化镓层上生长开来，形成10nm-5um厚的第二氮化镓层3。由于第一氮化镓层2为氮面极性，第二氮化镓层3将继承第一氮化镓层的极性，因此，无需额外控制氮化镓薄膜生长时的极性。第一氮化镓层2与第二氮化镓层3之间的界面称为再生长界面。S30：在所述第二氮面极性氮化镓层上依次生长势垒层和沟道层。具体的，可以利用金属有机化学气相沉积、分子束外延或者直流溅射等工艺在所述第二氮化镓层3上生长所述势垒层4，然后在所述势垒层4上生长沟道层5，形成如图4所示的结构。由于所述势垒层4与沟道层5之间存在能带带隙差以及该界面处所存在的极化电荷，所述沟道层5与势垒层4相接触的界面处将形成二维电子气，所述二维电子气为导电沟道。所述沟道层5可以为氮化镓层(第三氮化镓层)，所述生长第三氮化镓层的工艺可以与所述第二氮化镓层3一致。由于第二氮化镓层3为氮面极性，第三氮化镓层将继承第二氮化镓层3的极性，因此，无需额外控制氮化镓薄膜生长时的极性。所述沟道层5的厚度为10nm-100nm。在另一实施案例中，所述沟道层5也可以是InGaN材料。所述势垒层4材料可以为AlGaN或者InAlN，形成所述势垒层4的具体工艺取决于所述势垒层4的材料以及相应的组份。所述势垒层4的厚度为10nm-100nm。所述沟道层5形成后，可以在所述沟道层5上分别形成源极、漏极和栅极。所述源极和漏极分别位于所述栅极的两侧。所述栅极可以为镍、金、铂等构成的金属叠层，所述源极和漏极可以为钛、铝、镍、金等金属中任意多种组成的合金此外，为了减少栅极漏电和更好的控制二维电子气载流子，可在沟道层5上生长帽层，所述帽层可以为AlGaN或者AlN材料。通常的氮面极性的氮化镓外延结构存在一个主要问题是射频分散现象，即在射频信号下输出功率密度和功率增加效率减小。当在栅极施加脉冲电压时，源极-漏极电流响应与直流情况下的差异很大。所述射频分散现象通常归因于第二氮化镓层3与势垒层4界面处缓慢响应的带正电的施主状陷阱态，消除施主状陷阱态即可消除射频分散现象。在本实施例中，第一氮化镓层2与第二氮化镓层3之间的再生长界面会不可避免的存在一定的n型非故意掺杂杂质。所述杂质一般为硅离子或者氧离子，通常来自于氮化镓的再生长过程(如第一氮化镓层2在空气中的暴露或者清洗工艺)。所述n型杂质将会扩散至第二氮化镓层3与势垒层4界面处，从而消除施主状陷阱态，消除射频分散现象。综上所述，本申请所提出的氮面极性的氮化镓外延结构制造方法能够简单的生长出氮面极性的氮化镓，并且能够有效消除射频分散现象，有利于氮面极性氮化镓外延结构的大规模生产和利用。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮面极性氮化镓外延结构制造方法，其特征在于，包括：提供一氮化镓模板，所述模板包括衬底和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层；在所述第一氮面极性氮化镓层表面再生长氮化镓，形成第二氮面极性氮化镓层；在所述第二氮面极性氮化镓层上依次生长势垒层和沟道层。

【技术特征摘要】
1.一种氮面极性氮化镓外延结构制造方法，其特征在于，包括：提供一氮化镓模板，所述模板包括衬底和位于所述衬底上的第一氮面极性氮化镓层；在所述第一氮面极性氮化镓层表面再生长氮化镓，形成第二氮面极性氮化镓层；在所述第二氮面极性氮化镓层上依次生长势垒层和沟道层。2.根据权利要求1所述的氮面极性氮化镓外延结构制造方法，其特征在于，所述第一氮面极性氮化镓层厚度为1um-5um。3.根据权利要求1所述的氮面极性氮化镓外延结构制造方法，其特征在于，所述第二氮面极性氮化镓层厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪贤锋，范谦，何伟，
申请(专利权)人：苏州汉骅半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32