[發(fā)明專利]在半絕緣Ⅲ族氮化物中用于費(fèi)米能級(jí)控制的共摻雜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910138077.4
• 申請(qǐng)日: 2004-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN101556915A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·W·薩克斯萊爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 克里公司
• 主分類號(hào): H01L21/20
• 分類號(hào): H01L21/20;H01L21/22
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王 岳;王小衡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料，更具體地，涉及半絕緣III族氮化物半導(dǎo)體層。

背景技術(shù)

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)材料如硅(Si)和砷化鎵(GaAs)在低功率和(Si的情況下)低頻應(yīng)用的 半導(dǎo)體器件中具有廣泛應(yīng)用。然而由于半導(dǎo)體材料相對(duì)小的帶隙(例如在室溫下 Si為1.12eV，而GaAs為1.42)和/或相對(duì)小的擊穿電壓，這些更熟悉的半導(dǎo)體材 料可能不適合于更高功率和/或高頻應(yīng)用。

鑒于Si和GaAs帶來(lái)的困難，對(duì)高功率、高溫和/或高頻應(yīng)用和器件的興趣轉(zhuǎn) 向了寬帶隙半導(dǎo)體材料如碳化硅(在室溫下αSiC為2.996eV)和III族氮化物(如室溫 下GaN為3.36eV)。與砷化鎵和硅相比這些材料典型地具有更高的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度 和更高的電子飽和速率。

在由III族氮化物制造高功率和/或高頻器件中，在半絕緣III族氮化物層如半絕 緣GaN和/或AlInGaN層上制造這些器件可能是有益的。通過(guò)認(rèn)真控制未摻雜的 GaN的沉積條件，而制造絕緣GaN層。通過(guò)利用Fe或C摻雜GaN層，也已經(jīng) 制造了絕緣GaN層。雖然這樣的技術(shù)能制造半絕緣III族氮化物層，但在生產(chǎn)過(guò)程 之間的變化可導(dǎo)致所得層絕緣特性的差別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供半絕緣III族氮化物半導(dǎo)體層和制造半絕緣III族氮化物層 的方法。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，制造半絕緣III族氮化物層包括利用淺能級(jí)p 型摻雜劑摻雜III族氮化物層和利用深能級(jí)摻雜劑摻雜III族氮化物導(dǎo)。深能級(jí)摻雜 劑的濃度大于淺能級(jí)p型摻雜劑的濃度。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，深能級(jí)摻雜 劑是深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑。另外，淺能級(jí)摻雜劑的濃度可以是凈濃度(net concentration)。

在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，淺能級(jí)p型摻雜劑的濃度大于由在III族氮化物 層中的缺陷和不希望的雜質(zhì)引起的背景濃度(background?concentration)。淺能級(jí)p 型摻雜劑的濃度可以小于約1×10¹⁷cm^-3。淺能級(jí)p型摻雜劑可以是Mg和/或Zn 和/或其它p型摻雜劑。深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑可以是Fe、Co、Mn、Cr、V和/ 或Ni和/或其它過(guò)渡金屬摻雜劑。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻 雜劑是Fe。

在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，淺能級(jí)p型摻雜劑的濃度足夠使深能級(jí)過(guò)渡金 屬摻雜劑的類施主能級(jí)成為深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的主要能級(jí)(dominant?energy level)。

在本發(fā)明的又一些實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的濃度至少是淺能級(jí)p 型摻雜劑濃度的大約三倍。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的 濃度大于約2×10¹⁷cm^-3。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的濃 度可以是約2×10¹⁶cm^-3。并且，利用淺能級(jí)p型摻雜劑的摻雜和利用深能級(jí)過(guò)渡 金屬的摻雜可以基本上同時(shí)進(jìn)行。例如，可以利用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)III族氮化物 層，在化學(xué)氣相沉積期間可以進(jìn)行利用淺能級(jí)p型摻雜劑的摻雜和利用深能級(jí)過(guò) 渡金屬的摻雜。

在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，通過(guò)利用具有濃度小于約1×10¹⁷cm^-3的淺能級(jí) 摻雜劑摻雜III族氮化物層和利用深能級(jí)摻雜劑例如深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑摻雜III 族氮化物層，而制造半絕緣III族氮化物層。深能級(jí)摻雜劑的濃度大于淺能級(jí)摻雜 劑的濃度。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的濃度大于約2× 10¹⁷cm^-3。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的濃度為約2× 10¹⁶cm^-3。淺能級(jí)摻雜劑的濃度可大于由在III族氮化物層中的缺陷和不希望的雜質(zhì) 引起的背景濃度。淺能級(jí)摻雜劑的濃度可以是凈濃度。

在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，淺能級(jí)摻雜劑是n型摻雜劑。深能級(jí)過(guò)渡金屬摻 雜劑可以是Fe、Co、Mn、Cr、V和/或Ni和/或其它過(guò)渡金屬摻雜劑。并且，可 以選擇p型摻雜劑和n型摻雜劑的其中一種作為淺能級(jí)摻雜劑，以分別使得深能 級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的類施主能級(jí)成為深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的主要能級(jí)，或使得 深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的類受主能級(jí)成為深能級(jí)過(guò)渡金屬摻雜劑的主要能級(jí)。