【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，尤其涉及一种p型掺杂层及其制备方法、外延结构和半导体器件。
技术介绍
1、半导体材料的可控掺杂技术推动了半导体器件的发展应用，然而对于宽禁带gan基iii族氮化物半导体材料来说，高效的n型掺杂较为容易获得，高效的p型掺杂在制备上存在诸多困难。
2、目前，常用于gan基材料p型掺杂的mg在gan中的激活能较高，导致空穴离化率低，同时由于受到缺陷的自补偿效应，p型氮化物的载流子浓度通常较低，导电性不佳，导致器件的开启电压升高，效率下降，影响器件性能。
3、因此，提高p型掺杂层中载流子浓度十分关键。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种p型掺杂层及其制备方法、外延结构和半导体器件，通过将p型掺杂源的通入时间段覆盖住iii族金属源的通入时间段，提高p型掺杂层的载流子浓度和载流子分布均匀性，从而提高器件性能。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种p型掺杂层的制备方法，所述制备方法如下步骤：
4、重复生长p型掺杂子层至少两次，得到p型掺杂层；
5、其中，所述生长p型掺杂子层包括：重复通入反应源，生长所述p型掺杂子层；
6、所述通入反应源包括：在第一时间段内通入p型掺杂源，在第二时间段内通入iii族金属源，在第三时间段内通入氮源；t1≤t2＜t3≤t4，tn1≥t4或tn2≤t1，tn1＜tn2，t1为所述第一时间段的起
7、值得说明的是，本专利技术并不要求在起步阶段必须从t1或tn2开始，起步阶段可以从t1、t2、t3、t4、tn1或tn2中任意时间点开始，但在整个重复的过程中，上个周期与下个周期相连所形成的步骤中满足上述限定即可。
8、值得说明的是，本专利技术提供的p型掺杂层的制备方法将p型掺杂源、iii族金属源和氮源交替脉冲通入，可提高金属原子在外延层表面的迁移率，增加掺杂原子的并入效率。
9、可以了解的是，由于p型掺杂源和氮源同时通入易形成掺杂原子的氮化物，从而影响器件的性能；iii族金属源和氮源同时通入时将降低iii族金属原子在外延层表面的迁移率和掺杂原子的并入效率。因此，本专利技术将氮源单独通入，且位于第一时间段之前或之后，避免氮源在第一时间段内通入导致的掺杂原子并入效率低或者形成掺杂原子的氮化物的问题。
10、优选地，所述重复生长p型掺杂子层至少两次，得到p型掺杂层，包括：
11、s1、生长所述p型掺杂子层；
12、s2、对所述p型掺杂子层进行退火；
13、s3、返回步骤s1，直至形成预定厚度的p型掺杂层。
14、值得说明的是，p型掺杂层中掺杂原子常与氢原子结合形成络合物，比如mg掺杂原子与氢原子形成mg-h络合物，这将降低掺杂原子的离化率，导致空穴浓度降低，因此，一般在p型掺杂层生长后进行退火使络合物中的键断裂，比如使mg-h键断裂，进而增加空穴浓度。然而络合物中的键发生断裂时，将导致氢原子由外延片表面析出，因此不同层的氢原子析出路径距离不同，距表面较远的氢原子析出路径较长，会降低其析出率，导致氢原子残留，使空穴浓度分布不均匀，这就导致在p型掺杂层完全生长完成后再进行退火将导致不同层的空穴浓度不均匀，本专利技术在脉冲生长一定厚度的p型掺杂子层后便进行退火，使h原子直接从表层析出，提高p型掺杂层空穴浓度同时增加空穴分布均匀性。
15、优选地，所述退火的温度为800～900℃，例如可以是800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃或900℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
16、优选地，所述退火的时长为20～50s，例如可以是20s、24s、27s、30s、34s、37s、40s、45s、48s或50s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
17、优选地，所述退火在保护气氛中进行。
18、优选地，所述保护气氛包括氮气。
19、优选地，所述生长p型掺杂子层的重复次数为4～10次，例如可以是4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
20、可以了解的是，当退火和生长p型掺杂子层的重复次数偏少时，将导致p型掺杂层空穴浓度低且空穴分布均匀性较差；当退火和生长p型掺杂子层的重复次数偏多时，将导致p型掺杂层外延生长过程中引入的缺陷和位错增多，降低p型掺杂层晶体质量，进而影响器件性能，同时也使得生产程序复杂且生产效率下降，且单次制得的p型掺杂子层较薄，因此，本专利技术控制生长p型掺杂子层的重复次数为4～10次，能够提高p型掺杂层的空穴浓度和空穴分布均匀性。
21、优选地，所述第二时间段大于所述第一子时间段，所述第二时间段大于所述第二子时间段。
22、优选地，所述第一子时间段的时长为1～3s，例如可以是1s、1.5s、2s、2.5s或3s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
23、优选地，所述第二子时间段的时长为1～2s，例如可以是1s、1.2s、1.3s、1.4s、1.5s、1.6s、1.7s、1.8s、1.9s或2s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
24、优选地，所述第二时间段的时长与所述第一子时间段的时长的比值为1：(0.1～0.6)，例如可以是1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5或1：0.6等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
25、优选地，所述第二时间段的时长与所述第二子时间段的时长的比值为1：(0.1～0.4)，例如可以是1：0.1、1：0.2、1：0.3或1：0.4等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
26、优选地，所述第二时间段的时长为5～10s，例如可以是5s、5.6s、6.0s、6.7s、7.0s、7.8s、8.0s、8.9s、9.0s或10s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
27、值得说明的是，第一子时间段和第二子时间段的时长过长将导致掺杂元素氮化物层的形成，比如mgn层，这将影响器件的效率；而第一子时间段和第二子时间段的时长过短将难以起到提高掺杂元素并入效率的作用；同时需要将第二时间段的时长设置稍微长些，以满足掺杂iii族金属氮化物层的生长。因此，本专利技术将第二子时间段的时长与所述第一子时间段、第二子时间段的时长的比值和时间范围控制在上述范围内，能够提高掺杂元素的并入效率，进而提升器件效率。
28、优选地，所述第三时间段的时长为5～10s，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下步骤：
2.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述重复生长p型掺杂子层至少两次，得到p型掺杂层，包括：
3.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，所述第一时间段包括连续的第一子时间段、第二时间段以及第二子时间段；所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
4.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述第一时间段包括连续的第二时间段、第二子时间段以及第一子时间段，所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
5.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述第一时间段包括第二子时间段、第一子时间段以及第二时间段；所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
6.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述第一时间段包括第一子时间段、第二时间段以及第二子时间段；所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
7.根据权利要求1～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二时间段大于所述第一
8.一种p型掺杂层，其特征在于，所述p型掺杂层采用权利要求1～7任一项所述的p型掺杂层的制备方法制得。
9.一种外延结构，其特征在于，所述外延结构包括层叠设置的衬底与p型掺杂层，所述p型掺杂层为权利要求8所述的p型掺杂层；
10.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括权利要求9所述的外延结构。
...【技术特征摘要】
1.一种p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下步骤：
2.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述重复生长p型掺杂子层至少两次，得到p型掺杂层，包括：
3.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，所述第一时间段包括连续的第一子时间段、第二时间段以及第二子时间段；所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
4.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述第一时间段包括连续的第二时间段、第二子时间段以及第一子时间段，所述通入反应源，生长所述p型掺杂子层，包括：
5.根据权利要求1所述的p型掺杂层的制备方法，其特征在于，所述第一时间段包括第二子时间段、第一子时间段以及第二时间段；所述通入反应源...
【专利技术属性】
技术研发人员：王阳，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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