[發明專利]用于GaN膜中摻雜劑物質的電活化的方法

有效

• 申請號: 201410315563.X
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104282532B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 克萊爾·阿格拉費伊
• 申請（專利權）人: 法國原子能及替代能源委員會
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;王玉桂

本發明提供了一種用于GaN膜中摻雜劑物質的電活化的方法。該方法包括以下步驟：a)提供包括支撐襯底(2)和含有摻雜劑物質的GaN膜(3)的疊層，b)將厚度大于2微米的屏蔽層(6)直接粘結至所述GaN膜(3)的表面，從而形成活化結構(7)，和c)根據使得電活化至少一部分所述摻雜劑物質的條件，向所述活化結構(7)應用熱預算。

技術領域

本發明涉及用于GaN膜中摻雜劑物質(dopant species)的電活化的方法。

背景技術

GaN是具有大帶隙的半導體材料。因此，它有利地在光電子學(LED)和高電子遷移率晶體管(HEMT)領域中使用。它的帶隙值(3.43eV至300K)，它的高臨界磁場(3.3.10⁶V.cm^-1)及其電子的高遷移率(3.10⁷cm.s^-1)使得GaN成為很有可能在大功率微電子學中的應用的材料。然而，仍必須控制制備所述材料的一些關鍵步驟，如通過注入摻雜。事實上，GaN是對在高溫下進行的熱處理敏感的材料，諸如需要電活化注入的摻雜劑的那些。具體地，這種熱不穩定性涉及以下事實：氮分子從GaN蒸發并導致所述材料從約850℃開始分解。

但是摻雜劑，諸如Mg、Zn、Ca(p型摻雜劑)或者Si、Ge、O(n型摻雜劑)的活化需要在高于1000℃的溫度下應用熱處理。于是，提議在GaN層的表面上沉積保護層(蓋層)以避免氮的蒸發。這些保護層一般由SiO₂、Si₃N₄或由AlN組成并通過技術沉積至厚度在幾納米至約1微米的范圍內，所述技術如通過PVD(物理氣相沉積)、PEVCD(等離子體增強化學氣相沉積)的沉積，通過噴霧，通過脈沖激光器(PLD)或者具體地就AlN來說通過外延生長。但是這些保護層尚未獲得完全令人滿意的結果。熱處理超過一定溫度和/或一定時間段，則所述保護層變差或與GaN層分層。這主要是由于GaN和沉積材料之間晶格參數的差異以及由于GaN的分解和在低溫(通常低于800℃)下沉積的保護層較差的質量所引起的氮釋放的差異所造成的。此外，由于氮蒸發，所得的GaN表面通常是非常粗糙的。為了最大程度減少這些缺點的出現，降低了活化熱處理的時間段或溫度，從而限制了摻雜劑的電活化。

發明內容

因此，需要提供克服至少一種上述缺點的被構造成用于活化GaN中摻雜劑物質的方法。為此，本發明提出了一種用于電活化GaN膜中摻雜劑物質的方法，包括以下步驟：

a)提供包含支撐襯底和含有摻雜劑物質的GaN膜的疊層(疊層)，

b)通過直接粘結將厚度大于2微米的屏蔽層粘結至所述GaN膜的表面上，從而形成活化結構，和

c)根據允許電活化至少一部分所述摻雜劑物質的條件，向所述活化結構施加熱預算。

在本發明中，“直接粘結”的表達是指直接粘結而不插入粘合劑材料、粘結劑或膠。但是，在本發明中，“直接粘結”有時是指“通過分子附著的粘結”或者“分子結合”是通過屏蔽層和GaN膜的直接接觸或間接接觸產生的。事實上，可以插入一個或多個其它分隔層(分離層)，如有利于屏蔽層和GaN膜之間粘結的粘結層。

“電活化至少一部分摻雜劑物質”表示將至少一部分摻雜劑物質定位在GaN晶體的鎵位點(置換位點(取代位點))。活化摻雜劑物質的比率可以是劇烈變化的以觀察在所述材料中顯著的作用。因此，就Mg注入來說，活化1％至20％的注入物質是足夠的(通常，約1％至5％)。對于硅摻雜劑，活化至少90％注入的硅將是必需的。如果在GaN膜外延生長期間進行摻雜(并且不是通過后續注入獲得的摻雜)，則可以活化100％的摻雜劑物質。