一种三级管用外延片及其制备方法
【专利说明】一种三级管用外延片及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种三极管用外延片及其制备方法，特别涉及一种使用图像化蓝宝石衬底的三极管用外延片及其制备方法。
【背景技术】
[0003]目前用于三极管的外延片的衬底主要有两种，即蓝宝石衬底和碳化硅衬底。但由于碳化硅的价格昂贵，故蓝宝石衬底的使用更为广泛。现有技术中普遍使用的平片状蓝宝石衬底由于其位错密度较高，制成的三极管电子器件漏电流较高、易击穿。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种三级管用外延片及其制备方法，由其制成的三极管电子器件漏电较低、击穿电压较高、寿命较长。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种三级管用外延片，包括依次层叠的衬底、GaN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、InAIN本征层、GaN盖层，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述GaN成核层为C掺杂的GaN成核层，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层。
[0006]优选地，所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1.6μπι、2.4μπι、
0.6 μm，或分别为 1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μm，或分别为 1.2 μπι、1.8 μπι、0.1 μπι。
[0007]优选地，所述GaN成核层的厚度为20~50nm;所述GaN缓冲层的厚度为2~3 μ m;所述GaN沟道层的厚度为80~150nm;所述InAIN本征层的厚度为6~15nm;所述GaN盖层的厚度为l~2nm。
[0008]优选地，所述GaN成核层和所述GaN缓冲层所采用的C的掺杂源为CC1 4或C 2H2。
[0009]优选地，所述InAIN本征层中In的摩尔百分含量为20~30%。
[0010]本发明采用的又一技术方案为:
一种如上所述的三级管用外延片的制备方法，包括如下步骤:
A将图形化蓝宝石衬底在1050~1100°C的!12氛围下高温净化5~10min;
8在Η 2氛围下将步骤A净化后的衬底降温至500~600°C，在衬底上生长C掺杂的GaN成核层；
C温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层上生长C掺杂的GaN缓冲层；
D在1000~1050°C的温度下，在所述GaN缓冲层上生长GaN沟道层；
E在所述GaN沟道层上生长InAIN本征层；
F在所述InAIN本征层上生长GaN盖层。
[0011]优选地，步骤B中，采用M0CVD工艺在所述衬底上生长所述GaN成核层。
[0012]优选地，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层，所述GaN缓冲层的生长压力为30~50mbar。
[0013]优选地，所述InAIN本征层、GaN盖层的生长压力均为50~70mbar或70~100mbar或 100~133mbar 或 133~166mbar 或 166~200mbar。
[0014]优选地，所述InAIN本征层、GaN盖层的生长温度均为980~1000°C或1000~1020°C或 1020~1050°C 或 1050~1080°Co
[0015]本发明采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点:在图形化蓝宝石衬底生长掺C的GaN成核层和掺C的GaN缓冲层制成了更高晶体质量的半绝缘GaN，所制成的三极管外延片晶体质量更好，相较常规平片蓝宝石衬底制作的三极管用外延片，位错密度由lE9cm3降低至lE8cm 3，且用此外延片制作的三极管电子器件漏电流较低，击穿电压较高，寿命较长。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图，其中:
图1为本发明的三级管用外延片的结构示意图。
[0017]上述附图中，1、衬底；2、GaN成核层；3、GaN缓冲层；4、外延结构层；41、GaN沟道层；42、InAIN本征层；43、GaN盖层。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
[0019]图1所示为本发明的一种三级管用外延片。结合图1所示，该三级管用外延片包括依次层叠的衬底1、GaN成核层2、GaN缓冲层3、GaN沟道层41、InAIN本征层42、GaN盖层43。
[0020]所述衬底1为图形化蓝宝石衬底(PSS)l。图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1.6 μπι、2.4 μπκΟ.6 μπι;或，图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1.7 μηι、2.6 μπκΟ.4 μπι;或，图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1.2 μπι、1.8 μm>0.1 μmD
[0021 ] 成核层2为C掺杂的GaN成核层2，GaN缓冲层3为C掺杂的GaN缓冲层3。GaN成核层2和GaN缓冲层3都是用了 C掺杂，共同作为三级管用外延片的绝缘层，与图像化蓝宝石衬底1构成半绝缘GaN。GaN成核层2的厚度为20~50nm，GaN缓冲层3的厚度为2~3 μ m。GaN成核层2和所述GaN缓冲层3所采用的C的掺杂源为CC1 4或C 2H2。
[0022]沟道层41、InAIN本征层42、GaN盖层43形成三级管用外延片的外延结构层4。其中，GaN沟道层41的厚度为80~150nm，InAIN本征层42的厚度为6~15nm，GaN盖层43的厚度为l~2nm。InAIN本征层42中In的摩尔百分含量为20~30%。
[0023]一种上述三级管用外延片的制备方法，包括如下步骤:
A、提供图形化蓝宝石衬底1，将图形化蓝宝石衬底1在1050~1100°(:的H2氛围下高温净化 5~10min;
B、在H2氛围下将步骤A净化后的图形化蓝宝石衬底1降温至500~600°C，在图形化蓝宝石衬底1上生长GaN成核层2;
C、温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层2上生长GaN缓冲层3;
D、在1000~1050°C的温度下，在所述GaN缓冲层3上生长非掺杂的GaN沟道层41，GaN沟道层41覆盖于GaN缓冲层3之上；
E、在所述GaN沟道层41上生长InAIN本征层42，InAIN本征层42如钙于GaN沟道层41之上；
F、在所述InAIN本征层42上生长GaN盖层43，GaN盖层43覆盖于InAIN本征层42之上。
[0024]步骤B中，采用M0CVD工艺(即金属有机化合物化学气相沉淀工艺，Metal-organicChemical Vapor Deposit1n )在所述衬底1上生长所述GaN成核层2。
[0025]步骤C中，所述GaN缓冲层3的生长压力为30~50mbar。
[0026]在生长外延结构层4的步骤E、F中，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长压力均为50~70mbar;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长压力均为70~100mbar;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长压力均为100~133mbar;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长压力均为133~166mbar;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长压力均为166~200mbar。
[0027]本征层42、GaN盖层43的生长温度均为980~1000°C ;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长温度均为1000~1020°C ;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长温度均为1020~1050°C ;或，InAIN本征层42、GaN盖层43的生长温度均为1050~1080°C。
[0028]相比平片蓝宝石衬底制成的三极管外延片，本发明在图像化蓝宝石衬底上沉积掺C的GaN成核层和掺C的GaN缓冲层构成半绝缘GaN，在此基础上制成的三极管外延片的位错密度由现有技术中的lE9cm 3降低至lE8cm 3。
[0029]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三级管用外延片，包括依次层叠的衬底、GaN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层、InAIN本征层、GaN盖层，其特征在于:所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述GaN成核层为C掺杂的GaN成核层，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于:所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1.6 μηι、2.4 μπι、0.6 μπι，或分别为1.7 μηι、2.6 μπι、0.4 μπι，或分别为1.2 μ m、1.8 μ m、0.1 μ m。3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核层的厚度为20~50nm;戶斤述GaN缓冲层的厚度为2~3 μ m ;所述GaN沟道层的厚度为80~150nm ;所述InAIN本征层的厚度为6~15nm ;所述GaN盖层的厚度为l~2nm。4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于:所述GaN成核层和所述GaN缓冲层所采用的C的掺杂源为0:14或C 2H2。5.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于:所述InAIN本征层中In的摩尔百分含量为 20~30%。6.一种如权利要求1-5任一项所述的三级管用外延片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: A将图形化蓝宝石衬底在1050~1100°C的比氛围下高温净化5~10min ; B将步骤A净化后的衬底降温至500~600°C，在衬底上生长C掺杂的GaN成核层； C在H2氛围下温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层上生长C掺杂的GaN缓冲层； D在1000~1050°C的温度下，在所述GaN缓冲层上生长GaN沟道层； E在所述GaN沟道层上生长InAIN本征层； F在所述InAIN本征层上生长GaN盖层。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤B中，采用MOCVD工艺在所述衬底上生长所述GaN成核层。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述GaN缓冲层的生长压力为30?50mbar。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述InAIN本征层、GaN盖层的生长压力均为50~200mbar。10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述InAIN本征层、GaN盖层的生长温度均为 980~1000°C或 1000~1020°C或 1020~1050°C或 1050~1080°C。
【专利摘要】<b>本发明提供一种三级管用外延片及其制备方法，由其制成的三极管电子器件漏电更低、击穿电压更高、寿命更长。一种三级管用外延片，包括依次层叠的衬底、</b><b>GaN</b><b>成核层、</b><b>GaN</b><b>缓冲层、</b><b>GaN</b><b>沟道层、</b><b>InAlN</b><b>本征层、</b><b>GaN</b><b>盖层，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述</b><b>GaN</b><b>成核层为</b><b>C</b><b>掺杂的</b><b>GaN</b><b>成核层，所述</b><b>GaN</b><b>缓冲层为</b><b>C</b><b>掺杂的</b><b>GaN</b><b>缓冲层。</b>
【IPC分类】H01L29/20, H01L21/02
【公开号】CN105405872
【申请号】CN201510727930
【发明人】王东盛, 苗操, 李亦衡, 魏鸿源, 严文胜, 张葶葶, 朱廷刚
【申请人】江苏能华微电子科技发展有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年10月30日