GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法，所述GaN高阻层制备方法，其通过MOCVD设备制备，包括：至少一个衬底层，GaN高阻层基于衬底层外延生长；衬底层至少包括成核和/或外延生长的预处理阶段；衬底层进行预处理时采用的反应气体中的Ga源为TMGa；在制备GaN高阻层时，独立供给进行掺杂的C源并且反应气体中的Ga源切换为TEGa，生长温度为900

【技术实现步骤摘要】
GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，特别涉及一种GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法。

技术介绍

[0002]GaN半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优异特性；而且可以与AlGaN材料构成异质结，其异质结界面上的压电极化和自发极化可产生高浓度的二维电子气(2DEG)，是制造HEMT(High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管)器件的绝佳选择。
[0003]在异质衬底上制造HEMT器件时，一般依次包括衬底、高阻态缓冲层(高阻层)、沟道层、势垒层和器件层，在一些特别的情况下，在衬底和高阻态缓冲层之间还会生长成核层或者缓冲层以提高晶格适配率、高阻态缓冲层生长速率等。通常的，如图1所示，在生长高阻态缓冲层时，一般采用TMGa(三甲基镓)作为Ga源，形成C的自掺杂(非故意掺杂)，以经济、便捷地形成高C掺杂的高阻态缓冲层。且TMGa采用水平式进气，中间圆的指代晶圆W，上下方的壁指代腔体壁10。
[0004]水平式进气可以是从左到右的进气(例如，如图1所示的进气至出气的箭头指向方向)，也可以是从中心以半径方向辐射式的进气。
[0005]以常用的三甲基镓作为Ga源，辅以或不辅以C源，进气方式是水平式进气，制备自掺杂的高阻层时，TMGa会分解出较大量的易形成Ga
‑
C键的活性碳原子，即会导致GaN沟道层中的本征C杂质浓度升高，所以随着GaN的沉积的进行，形成的外延层是高电阻率的GaN外延层(或叫做高阻层)。以TMGa作为源气生长GaN高阻层时，其沿着晶圆的直径方向上的电阻率变化如图2所示：在实际测试晶圆的生长参数时，在所述进气方向上，其高阻层的电阻率总会出现波动，即高阻层的电阻率通常会呈现不均匀现象。
[0006]此高阻层的电阻率的变化说明三甲基镓自掺的C源应该来自三甲基镓分解过程的某一或某些产物，而且该产物量到达一定程度时易转化为其他不适合C掺杂的其他表达形式，也正是这种情况，造成无论如何调节流量流场，即调节反应气体浓度、气流强度，也无法制备出电阻率较为均匀的C掺杂高阻层。
[0007]在MOCVD设备中采用水平式进气且以常用的三甲基镓作为Ga源制备的高阻层，受源气的供应方式及源气反应的先后的影响，晶圆的高阻层往往会出现电阻率不均匀的情况，即便是调整工艺区的位置、源气的供应量也无法克服这种不均匀性。进而对于后续的器件而言，其容易出现质量参差不齐的现象。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法，旨在解决水平进气时，使用TMGa作为Ga源进行自掺杂含碳高阻层时会造成高阻层的电阻率不均匀的问题。
[0009]为了解决以上问题，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0010]一种GaN高阻层制备方法，其通过MOCVD设备制备，包括：
[0011]至少一个衬底层，所述GaN高阻层基于所述衬底层外延生长；所述衬底层至少包括成核和/或外延生长的预处理阶段；所述衬底层进行所述预处理时采用的反应气体中的Ga源为TMGa。在制备所述GaN高阻层时，独立供给进行掺杂的C源并且所述反应气体中的Ga源切换为TEGa，生长温度为900
‑
1100℃，在所述生长温度下TEGa比TMGa更不易分解出利于Ga
‑
C键形成的活性C原子，以避免C掺杂的浓度受Ga源分解反应强度影响。
[0012]可选地，TEGa通入所述MOCVD设备的反应腔内的流量不低于1E
‑
3mol/min，生长速率不低于2μm/h，生长压力为30
‑
100mbar。
[0013]可选地，
Ⅴ
族源与Ⅲ族源的摩尔比范围为500
‑
2000。
[0014]可选地，所述C源为乙烯、乙烷和丙烷中的任意一种。
[0015]可选地，所述C源的流量控制为100
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1000sccm，所述C源与所述Ga源的摩尔比不大于1。
[0016]可选地，所述MOCVD设备包括至少一个反应器，所述反应器包括反应腔，所述衬底层置于所述反应腔内，其中，所述反应器以平行于所述衬底层所在平面的方式向所述反应腔内供应反应气体及载气。
[0017]另一方面，本专利技术还提供一种GaN的HEMT器件制备方法，包括：
[0018]步骤S11、采用如上文所述的GaN高阻层制备方法制备所述GaN高阻层；步骤S12、依次在所述GaN高阻层上形成沟道层、势垒层和器件层。
[0019]可选地，所述沟道层为非故意掺杂GaN外延层，在形成所述沟道层时，所述反应气体中的Ga源切换为TMGa。
[0020]可选地，所述沟道层沉积时，气压为100
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300mbar。
[0021]可选地，制备所述势垒层时，采用TMGa作为Ga源。
[0022]本专利技术至少具有以下技术效果之一：
[0023]本专利技术采用水平进气的方式向MOCVD设备中通入TEGa(三乙基镓)作为镓源，制备出的高阻层，具有均匀的电阻率分布，能够有效解决水平进气时，使用TMGa作为Ga源进行自掺杂含碳高阻层时会造成高阻层的电阻率不均匀的问题。
[0024]具体的，在制备所述GaN高阻层时，独立供给进行掺杂的C源并且所述TEGa作为反应气体中的Ga源，TEGa虽然源效不高，但是由TEGa生长的GaN的本征C杂质浓度很低，由此可以避免用于掺杂的C源的浓度分布受Ga源的分解反应的影响，在Ga源气的均匀性不成问题的情况下，其沉积的C掺杂浓度则会均匀性大大改善，进而沉积形成的GaN高阻层的电阻率的均匀性得到大大的改善。
附图说明
[0025]图1为在MOCVD设备中制备HEMT器件中的GaN高阻层时，水平进气的示意图；
[0026]图2为MOCVD设备中，以TMGa作为Ga源制备GaN高阻层的反应模型示意图；
[0027]图3为本专利技术一实施例提供的GaN的HEMT器件的结构示意图；
[0028]图4为本专利技术一实施例提供的GaN高阻层制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术提出的一种GaN高阻层制备方法及GaN的HEMT器件制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图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方式的目的。为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN高阻层制备方法，其通过MOCVD设备制备，包括：至少一个衬底层，所述GaN高阻层基于所述衬底层外延生长；所述衬底层至少包括成核和/或外延生长的预处理阶段；所述衬底层进行所述预处理时采用的反应气体中的Ga源为TMGa；其特征在于，在制备所述GaN高阻层时，独立供给进行掺杂的C源并且所述反应气体中的Ga源切换为TEGa，生长温度为900
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1100℃，在所述生长温度下TEGa比TMGa更不易分解出利于Ga
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C键形成的活性C原子，以避免C掺杂的浓度受Ga源分解反应强度影响。2.如权利要求1所述的GaN高阻层制备方法，其特征在于，TEGa通入所述MOCVD设备的反应腔内的流量不低于1E
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3mol/min，生长速率不低于2μm/h，生长压力为30
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100mbar。3.如权利要求2所述的GaN高阻层制备方法，其特征在于，
Ⅴ
族源与Ⅲ族源的摩尔比范围为500
‑
2000。4.如权利要求3所述的GaN高阻层制备方法，其特征在于，所述C源为乙烯、乙烷或丙烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：无锡先为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：