一种外延结构的制备方法、外延结构、器件及设备技术

本发明专利技术涉及半导体器件制备技术领域，特别涉及一种外延结构的制备方法、外延结构、器件及设备。该制备方法包括：获取支撑衬底；在所述支撑衬底上制备基础层；在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层；其中，在制备所述氮化镓缓冲层时引入碳源对所述氮化镓缓冲层进行碳掺杂；所述碳源包括第一碳源，所述第一碳源为三甲基铝。该制备方法提供了一种工艺掺杂方案，能够进一步提高氮化镓缓冲层的电阻率。在氮化镓缓冲层生长过程中通入三甲基铝作为碳源，能够显著提高氮化镓缓冲层的碳掺杂能力，进而显著提高氮化镓缓冲层的电阻率，从而显著提高硅基氮化镓缓冲层的击穿电压。提高硅基氮化镓缓冲层的击穿电压。提高硅基氮化镓缓冲层的击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种外延结构的制备方法、外延结构、器件及设备


[0001]本专利技术涉及半导体器件制备
，特别涉及一种外延结构的制备方法、外延结构、器件及设备。

技术介绍

[0002]目前，高压、高温、高频和大功率氮化镓(GaN)电子器件是国际半导体领域的一个研究热点，也是当今微电子领域的战略制高点之一。以氮化镓为代表的第三代半导体材料相比于以硅为代表的第一代半导体材料和以砷化镓为代表的第二代半导体材料，其具有高电子迁移率、耐高压、耐高温等优点，特别适合制备高压功率器件。在高压功率器件中往往要求氮化镓缓冲层要具有高阻特性以减小器件工作过程中的电流泄漏。
[0003]随着硅基氮化镓功率器件的快速发展，高电压、高功率应用对硅基氮化镓的耐压值的要求越来越高，逐渐从650V耐压提高到1200V耐压，这对氮化镓缓冲层电阻率提出了越来越高的要求。一般来说，氮化镓天然表现为N型载流子导电，为了降低其载流子浓度，在氮化镓缓冲层中掺杂Mg/Fe/C实现P型载流子补偿，从而降低氮化镓缓冲层中的载流子浓度，提高氮化镓缓冲层的电阻率。目前提高缓冲层耐压值的方法主要为在氮化镓缓冲层生长过程中，通常通过有机金属源自带的碳源实现碳掺杂，从而提高缓冲层电阻率，然而这种方法并不能有效提高氮化镓缓冲层的碳掺杂能力。因此限制了缓冲层电阻率的提高，也就限制了硅基氮化镓耐压值的提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是现有制备硅基氮化镓外延结构的方法不能进一步提高氮化镓缓冲层电阻率的问题。
[0005]为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种硅基氮化镓外延结构的制备方法，包括：
[0006]获取支撑衬底；
[0007]在所述支撑衬底上制备基础层；
[0008]在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层；
[0009]其中，在制备所述氮化镓缓冲层时引入碳源对所述氮化镓缓冲层进行碳掺杂；所述碳源包括第一碳源，所述第一碳源为三甲基铝。
[0010]进一步的，所述碳源还包括第二碳源；所述在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层，包括：
[0011]向反应装置中通入第一反应物、所述第一碳源和所述第二碳源；
[0012]在第一预设温度和第一预设压力下，所述第一反应物在所述基础层上反应生成碳掺杂的氮化镓缓冲层。
[0013]进一步的，所述第二碳源为四溴化碳或三甲基镓。
[0014]进一步的，通入所述第一碳源的浓度为10μmol/min
‑
60μmol/min。
[0015]进一步的，所述基础层包括氮化铝层和应力调控层；所述在所述支撑衬底上制备基础层，包括：
[0016]在所述支撑衬底上制备所述氮化铝层；
[0017]在所述氮化铝层上制备所述应力调控层。
[0018]进一步的，所述应力调控层为至少两层不同铝组分的氮化铝镓层；所述在所述高温氮化铝层上制备所述应力调控层，包括：
[0019]向反应装置中通入预设浓度的第二反应物；
[0020]在第二预设温度和第二预设压力下，所述第二反应物在所述高温氮化铝层上反应生成至少两层不同铝组分的氮化铝镓层。
[0021]进一步的，所述在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层之后，还包括：
[0022]在所述氮化镓缓冲层上制备氮化镓沟道层；
[0023]在所述氮化镓沟道层上制备氮化铝镓势垒层。
[0024]第二方面，本申请实施例公开了一种硅基氮化镓外延结构，所述硅基氮化镓外延结构为通过如上所述的硅基氮化镓外延结构的制备方法制备得到。
[0025]第三方面，本申请实施例公开了一种功率器件，所述功率器件包括如上所述的硅基氮化镓外延结构。
[0026]第四方面，本申请实施例公开了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的功率器件。
[0027]采用上述技术方案，本申请实施例所述的外延结构的制备方法、外延结构、器件及设备具有如下有益效果：
[0028]该制备方法提供了一种工艺掺杂方案，能够进一步提高氮化镓缓冲层的电阻率。在氮化镓缓冲层生长过程中通入三甲基铝作为碳源，能够显著提高氮化镓缓冲层的碳掺杂能力，进而显著提高氮化镓缓冲层的电阻率，从而显著提高硅基氮化镓缓冲层的击穿电压。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例提供的一种硅基氮化镓外延结构的制备方法的流程示意图；
[0031]图2为本申请实施例提供的一种硅基氮化镓外延结构的结构示意图。
[0032]以下对附图作补充说明：
[0033]101
‑
支撑衬底；102
‑
氮化铝层；103
‑
应力调控层；104
‑
氮化镓缓冲层。
具体实施方式
[0034]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0036]氮化镓材料和硅、砷化镓等半导体材料相比，具有更强的临界击穿电场、更大的电子饱和漂移速度、更高的禁带宽度及热导率等特性，在高压高频电子器件领域具有很大优势。氮化镓缓冲层的漏电是制约氮化镓电子器件发展的重要因素。目前一般通过受主杂质掺杂的方式，补偿背景电子而获得高阻氮化镓缓冲层，抑制漏电现象，提高耐压值。对于采用碳掺杂的方式来提高氮化镓缓冲层耐压值的方法来说，通常在氮化镓缓冲层生长过程中，通常通过有机金属源自带的碳源实现碳掺杂，从而提高缓冲层电阻率。更有效的掺杂方法为通过额外添加四溴化碳作为碳源来提高碳掺杂能力。在其他条件固定时，这种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基氮化镓外延结构的制备方法，其特征在于，包括：获取支撑衬底(101)；在所述支撑衬底(101)上制备基础层；在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层(104)；其中，在制备所述氮化镓缓冲层(104)时引入碳源对所述氮化镓缓冲层(104)进行碳掺杂；所述碳源包括第一碳源，所述第一碳源为三甲基铝。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源还包括第二碳源；所述在所述基础层上制备碳掺杂的氮化镓缓冲层(104)，包括：向反应装置中通入第一反应物、所述第一碳源和所述第二碳源；在第一预设温度和第一预设压力下，所述第一反应物在所述基础层上反应生成碳掺杂的氮化镓缓冲层(104)。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二碳源为四溴化碳或三甲基镓。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通入所述第一碳源的浓度为10μmol/min
‑
60μmol/min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基础层包括氮化铝层(102)和应力调控层(103)；所述在所述支撑衬底(101)上制备基础层，包括：在所述支撑衬底(101)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕越，陈爱华，
申请(专利权)人：中晟光电设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：