[發(fā)明專利]用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底以及生長方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510315457.6
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN105047695B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆發(fā)旺;張峰;王文宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新傲科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/20
• 分類號: H01L29/20;H01L29/201;H01L29/207;H01L21/02
• 代理公司: 上海盈盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發(fā)明提供了一種用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底及其生長方法。所述襯底包括支撐襯底和支撐襯底表面的高阻層，所述高阻層材料為氮化物，其特征在于，所述高阻層中包含由多個摻雜層和多個非摻雜層交替設(shè)置的周期性結(jié)構(gòu)，所述摻雜層的材料為含有深能級摻雜元素的氮化物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在保證深能級摻雜濃度導(dǎo)致高阻特性同時，也能很好地保證外延層優(yōu)良的晶體質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底以及生長方法。

背景技術(shù)

氮化物半導(dǎo)體如氮化鎵(GaN)及其合金氮化鋁鎵(AlGaN)等是重要的寬禁帶化合物半導(dǎo)體。由于具有大的禁帶寬度、高的擊穿電場，高的電子飽和漂移速度和峰值漂移速度，更重要的是AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面形成有高電子濃度和高電子遷移率的二維電子氣(2DEG)，因此氮化物半導(dǎo)體在高溫、高頻、大功率、抗輻射微波器件或高功率電子器件及其電路中有非常重要的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)氮化鎵基高電子遷移率晶體管(HEMT)的夾斷等性能，在氮化鎵基HEMT器件材料結(jié)構(gòu)中其導(dǎo)電溝道必須生長在半絕緣的氮化物(氮化鎵和低鋁組分的氮化鋁鎵)基板上，該氮化物基板的晶體質(zhì)量和高阻特性直接影響器件的夾斷特性、擊穿電壓、漏電流大小、壽命及可靠性等性能，因此應(yīng)用于氮化鎵基電子器件的半絕緣氮化物在金屬有機(jī)物化學(xué)沉積(MOCVD)外延生長技術(shù)中至關(guān)重要。

為了實(shí)現(xiàn)氮化物的高阻半絕緣化，需在氮化物中引入深能級雜質(zhì)來陷住導(dǎo)電載流子。在MOCVD生長技術(shù)中，通常有兩種方法來實(shí)現(xiàn)：一種是通過調(diào)節(jié)生長條件，利用金屬有機(jī)源(MO)，調(diào)節(jié)生長氣氛中的C雜質(zhì)，進(jìn)行生長過程中非有意地?fù)诫s，使C雜質(zhì)在氮化鎵材料中形成深能級，從而實(shí)現(xiàn)高阻特性。但這種方法對外延生長條件要求較苛刻，生長窗口較窄，且不是氮化物的最佳晶體質(zhì)量生長條件。第二種方法是通過在MOCVD外延生長過程中有意地?fù)饺胍欢舛鹊纳钅芗夒s質(zhì)，如Fe、Mn、Cu、Co等。這種方法由于其在氮化物中固溶度的限制，不能隨意摻雜很高的濃度，否則會引起其上生長的其他外延層的晶體質(zhì)量的下降，反而惡化器件電性能如漏電流增大、不耐壓、頻率降低。因此，為了提高氮化鎵基高電子遷移率晶體管器件的夾斷開關(guān)特性、減小電流泄露，提高工作電壓，增強(qiáng)其穩(wěn)定性及可靠性，發(fā)展一種高晶體質(zhì)量、高電阻率半絕緣的氮化物外延生長技術(shù)是必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底以及生長方法，能夠同時滿足高阻和晶體質(zhì)量的要求。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底，包括支撐襯底和支撐襯底表面的高阻層，所述高阻層材料為氮化物，其特征在于，所述高阻層中包含由多個摻雜層和多個非摻雜層交替設(shè)置的周期性結(jié)構(gòu)，所述摻雜層的材料為含有深能級摻雜元素的氮化物。

可選的，所述高阻層中的摻雜層和非摻雜層的材料各自獨(dú)立地選自于GaN、Al組分小于15％的AlGaN、以及AlGaInN中的任意一種。

可選的，所述深能級摻雜元素選自于Fe、Mn、Co、Ni、Cu、以及C中的一種或其組合。

可選的，所述深能級摻雜元素的摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3～7×10¹⁹cm^-3。

可選的，所述多個摻雜層和多個非摻雜層交替設(shè)置的周期為3～1000周期。

可選的，所述支撐襯底和高阻層之間進(jìn)一步包括緩沖層。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于高電子遷移率晶體管的高阻襯底的生長方法，所述襯底包括支撐襯底和支撐襯底表面的高阻層，所述高阻層材料為氮化物，其特征在于，所述高阻層的生長工藝包括如下步驟的交替實(shí)施；

采用金屬氧化物化學(xué)氣相沉積的方法生長氮化物材料作為非摻雜層；