氮化镓基功率器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓基功率器件及其制备方法，所述功率器件包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、电子提供层、发光层、空穴提供层；所述衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬；所述缓冲层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；所述电子提供层包括依次沉积在所述缓冲层上的本征层，掺杂层；本征层包括以纵向模式沉积的第一本征层和以横向模式沉积的第二本征层，第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离。本发明专利技术提供的氮化镓基功率器件应力小，位错密度低，结晶质量高。

GaN-based power devices and their preparation methods

The invention provides a GaN-based power device and a preparation method thereof. The power device comprises a substrate and a buffer layer, an electronic supply layer, a luminescent layer and a hole supply layer deposited on the substrate in turn; the substrate comprises a sapphire substrate and a conical pattern lining formed on the sapphire substrate; the thickness of the buffer layer is less than the distance from the top of the conical pattern lining to the sapphire. The distance between the surface of a stone substrate; the electronic providing layer includes an intrinsic layer deposited on the buffer layer in turn and a doping layer; the intrinsic layer includes a first intrinsic layer deposited in a longitudinal mode and a second intrinsic layer deposited in a transverse mode, and the sum of the first intrinsic layer thickness and the buffer layer thickness is equal to the distance between the top of the conical pattern lining and the surface of the sapphire substrate. The GaN-based power device provided by the invention has low stress, low dislocation density and high crystallization quality.

【技术实现步骤摘要】
氮化镓基功率器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种氮化镓基功率器件及其制备方法。
技术介绍
氮化镓是一种直接带隙宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.4eV。氮化镓材料化学性质稳定，在室温下不溶于水、酸、碱，质地硬、熔点高。氮化镓材料制作的蓝光、绿光LED以及激光二极管(LaserDiode,LD)早已实现了产业化生产，以其体积小、寿命长、亮度高、能耗低等优点，有望取代传统白炽灯、日光灯等成为主要照明光源。目前制备氮化镓基功率器件主要通过金属有机化学气相沉积工艺在衬底材料上沉积氮化镓材料，衬底对氮化镓的极性及极化作用的影响很重要，高质量的氮化镓外延层所需的化学反应和条件与晶体的极性有关。在很多情况下，衬底决定氮化镓晶体的极性、应力大小与种类(张应力或压应力)，以及极化效应的程度。现阶段主要在蓝宝石衬底上异质外延氮化镓，氮化镓的结晶质量会直接影响到器件的各项电性参数，如ESD(抗静电)、反向漏电等，如何在蓝宝石衬底上获得高质量的氮化镓晶体一直是研发人员急需解决的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氮化镓基功率器件及其制备方法。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种氮化镓基功率器件，所述功率器件包括衬底以及沉积在所述衬底上的缓冲层、沉积在所述缓冲层上的电子提供层、沉积在所述电子提供层上的发光层、沉积在所述发光层上的空穴提供层；所述衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬，所述圆锥形图衬均匀分布在蓝宝石基板上；所述缓冲层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；所述电子提供层包括依次沉积在所述缓冲层上的本征层，掺杂层；所述本征层中不包含掺杂原子或者包含低浓度的掺杂原子，所述掺杂层包含高浓度的掺杂原子；本征层包括以纵向模式沉积的第一本征层，和以横向模式沉积的第二本征层，所述第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离。可选的，所述本征层还包括一过渡层，所述过渡层介于所述第一本征层和第二本征层之间，所述过渡层以介于纵向模式和横向模式之间的沉积模式沉积在所述第一本征层上。可选的，所述纵向模式、横向模式通过反应腔体的压力来控制，纵向模式沉积时反应腔体的压力大于横向模式沉积时反应腔体的压力。可选的，所述缓冲层与所述第一本征层厚度之比为1：(50～70)。可选的，所述圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离为1500nm，所述缓冲层厚度为25nm，所述第一本征层厚度为1475nm。可选的，所述第一本征层、过渡层、第二本征层厚度比为2:1:(3～5)。一种氮化镓基功率器件制备方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、电子提供层、发光层、空穴提供层；所述衬底为蓝宝石图形衬底，所述蓝宝石图形衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬；所述缓冲层为低温氮化镓层，所述低温氮化镓层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；所述电子提供层包括依次沉积在缓冲层上的本征层，掺杂层；所述本征层中不包含掺杂原子或者包含低浓度的掺杂原子，所述掺杂层包含高浓度的掺杂原子；本征层包括以纵向模式沉积的第一本征层和以横向模式沉积的第二本征层，所述第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离。可选的，控制温度为400～600℃，压力为400～500Torr，在蓝宝石衬底上沉积氮化镓缓冲层，通过控制沉积时间使缓冲层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；控制温度为800～1000℃，压力为500～600Torr，在缓冲层上沉积第一本征层，通过控制沉积时间使第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；控制温度为1000～1200℃，压力为100～200Torr，在第一本征层上沉积第二本征层；控制温度为1000～1200℃，压力为100～200Torr，在第二本征层上沉积掺杂层；控制温度为750～850℃，压力为100～300Torr，在掺杂层上沉积发光阱层；控制温度为850～950℃，压力为100～300Torr，在发光阱层沉积发光垒层；发光阱层与发光垒层交替层叠形成发光层；控制温度为750～1080℃，压力为200～300Torr，在发光层上沉积空穴提供层。可选的，所述本征层还包括一过渡层，所述过渡层介于所述第一本征层和第二本征层之间，通过控制温度、压力分别由沉积第一本征层的温度、压力向沉积第二本征层的温度、压力渐变，在第一本征层上沉积过度层。可选的，在所述蓝宝石衬底上沉积缓冲层前还包括将蓝宝石衬底进行预处理步骤，所述预处理是在控制温度为1000～1200℃，压力为400～500Torr，将蓝宝石衬底在氢气气氛中退火6～10分钟进行。本专利技术的有益效果是：通过在蓝宝石衬底上先沉积一层厚度小于圆锥形图衬高度的缓冲层，再在缓冲层以纵向模式沉积第一本征层且第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离，降低了蓝宝石基板、圆锥形图衬和氮化镓接触面产生的界面自由能，减少因异质外延和使用图形衬底产生的应力和位错密度，使用介于纵向沉积模式和横向沉积模式之间的沉积模式沉积过渡层，通过过渡层将第一本征层与第二本征层融合，减少因为两种不同沉积模式而产生的内应力和位错，提高氮化镓晶体质量。附图说明图1为本专利技术提供的氮化镓基功率器件结构示意图；图2为本专利技术提供的蓝宝石图形衬底以及沉积在上面的缓冲层、电子提供层结构示意图；图3为本专利技术提供的氮化镓基功率器件发光层结构示意图；图4为本专利技术提供的氮化镓基功率器件制备方法流程图；图5为本专利技术提供的氮化镓基功率器件制备方法具体流程图；图6为本专利技术在沉积第一本征层、第二本征层时反应腔压力随时间变化示意图；图7为本专利技术在沉积第一本征层、过渡层、第二本征层时反应腔压力随时间变化示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例一提供了一种氮化镓基功率器件，参见图1，该功率器件包括衬底1以及沉积在衬底1上的缓冲层2、沉积在缓冲层2上的电子提供层3、沉积在电子提供层3上的发光层4、沉积在发光层4上的空穴提供层5。参见图2，本实施例中，衬底1为蓝宝石图形衬底，具体的，所述蓝宝石图形衬底包括蓝宝石基板11和在蓝宝石基板11上形成的圆锥形图衬12，圆锥形图衬12均匀分布在蓝宝石基板11上，圆锥形图衬12具有一衬高，所述衬高为圆锥形图衬12顶部距离蓝宝石基板11上表面的距离。在蓝宝石基板11上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出圆锥形图衬12，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石基板11，并去掉掩膜，再在其上生长氮化镓材料，使氮化镓材料的纵向外延变为横向外延。一方面可以有效减少氮化镓外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电，提高器件的寿命；另一方面有源区发出的光，经氮化镓和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装器件的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。本实施例中，缓冲层2为低温氮化镓层，所述低温氮化镓层厚度小于圆锥形图衬12顶部距离蓝宝石基板11上表面的距离。由于蓝宝石衬底与氮化镓材料的晶格本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基功率器件，其特征在于，所述功率器件包括衬底以及沉积在所述衬底上的缓冲层、沉积在所述缓冲层上的电子提供层、沉积在所述电子提供层上的发光层、沉积在所述发光层上的空穴提供层；所述衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬，所述圆锥形图衬均匀分布在蓝宝石基板上；所述缓冲层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；所述电子提供层包括依次沉积在所述缓冲层上的本征层，掺杂层；所述本征层中不包含掺杂原子或者包含低浓度的掺杂原子，所述掺杂层包含高浓度的掺杂原子；本征层包括以纵向模式沉积的第一本征层，和以横向模式沉积的第二本征层，所述第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基功率器件，其特征在于，所述功率器件包括衬底以及沉积在所述衬底上的缓冲层、沉积在所述缓冲层上的电子提供层、沉积在所述电子提供层上的发光层、沉积在所述发光层上的空穴提供层；所述衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬，所述圆锥形图衬均匀分布在蓝宝石基板上；所述缓冲层厚度小于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离；所述电子提供层包括依次沉积在所述缓冲层上的本征层，掺杂层；所述本征层中不包含掺杂原子或者包含低浓度的掺杂原子，所述掺杂层包含高浓度的掺杂原子；本征层包括以纵向模式沉积的第一本征层，和以横向模式沉积的第二本征层，所述第一本征层厚度和缓冲层厚度之和等于圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离。2.如权利要求1所述的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述本征层还包括一过渡层，所述过渡层介于所述第一本征层和第二本征层之间，所述过渡层以介于纵向模式和横向模式之间的沉积模式沉积在所述第一本征层上。3.如权利要求1或2所述的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述纵向模式、横向模式通过反应腔体的压力来控制，纵向模式沉积时反应腔体的压力大于横向模式沉积时反应腔体的压力。4.如权利要求3所述的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述缓冲层与所述第一本征层厚度之比为1：(50～70)。5.如权利要求4所述的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述圆锥形图衬顶部距离蓝宝石基板上表面的距离为1500nm，所述缓冲层厚度为25nm，所述第一本征层厚度为1475nm。6.如权利要求4所述的氮化镓基功率器件，其特征在于，所述第一本征层、过渡层、第二本征层厚度比为2:1:(3～5)。7.一种氮化镓基功率器件制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、电子提供层、发光层、空穴提供层；所述衬底为蓝宝石图形衬底，所述蓝宝石图形衬底包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上形成的圆锥形图衬；所述缓冲层为低温氮化镓层，所述低温氮化镓层厚度小于圆锥形图衬顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹丹，
申请(专利权)人：李丹丹，
类型：发明
国别省市：安徽,34