[發(fā)明專利]在異質(zhì)基底上的第III族氮化物緩沖層結(jié)構(gòu)的p型摻雜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810585594.5
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN108807507B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·呂特根;S·穆拉德;A·基特尼斯
• 申請（專利權(quán)）人: 阿聚爾斯佩西太陽能有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/20;H01L29/207;H01L29/778
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 李振東;過曉東

本發(fā)明涉及在異質(zhì)基底上的外延第III族氮化物緩沖層結(jié)構(gòu)(100)，其中該緩沖層結(jié)構(gòu)(100)包括至少一個(gè)應(yīng)力管理層序列S，該應(yīng)力管理層序列包括位于第一和第二第III族氮化物層(120，140)之間及與其相鄰的間層結(jié)構(gòu)(530)，其中該間層結(jié)構(gòu)(530)包括具有比第一和第二第III族氮化物層(120，140)的材料更大的帶隙的第III族氮化物間層材料，其中p型摻雜劑濃度分布由至少1×10¹⁸cm^?3開始在由間層結(jié)構(gòu)(530)至第一和第二第III族氮化物層(120，140)的過渡中降低至少2倍。

本申請是申請日為2014年2月14日的名稱為“在異質(zhì)基底上的第III族氮化物緩沖層結(jié)構(gòu)的p型摻雜”的申請?zhí)枮?01480009187.X的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在異質(zhì)基底上的外延第III族氮化物緩沖層結(jié)構(gòu)。還涉及器件結(jié)構(gòu)，特別是晶體管、場效應(yīng)晶體管(FET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)的層結(jié)構(gòu)，特別是常開或常關(guān)的HEMT或金屬-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)HEMT、肖特基二極管或P-I-N結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

大多數(shù)基于第III族氮化物的器件結(jié)構(gòu)，特別是如今用于射頻(RF)或高壓(HV)功率轉(zhuǎn)換器件的晶體管結(jié)構(gòu)，是在異質(zhì)基底上制造的，即在不同于第III族氮化物材料的材料的基底上，如Si、SiC或Al₂O₃(藍(lán)寶石)基底。使用Si作為異質(zhì)基底的能力是特別有利的，因?yàn)檫@允許使用比較廉價(jià)的具有大的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)直徑的晶片，還因?yàn)槠湫纬闪藢⒌贗II族氮化物器件單片集成到由CMOS或相關(guān)技術(shù)制成的硅基集成電路中的基礎(chǔ)。

該外延第III族氮化物層結(jié)構(gòu)在異質(zhì)基底上生長，但是要求在基底與一個(gè)或多個(gè)有源層之間復(fù)雜的緩沖層結(jié)構(gòu)以管理晶體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力和缺陷。

為了控制在第III族氮化物層結(jié)構(gòu)中的緩沖層結(jié)構(gòu)的電阻特性，F(xiàn)e摻雜被廣泛使用。然而，使用Fe具有一些缺點(diǎn)。更具體而言，F(xiàn)e摻雜導(dǎo)致微晶結(jié)構(gòu)的非期望的傾斜和扭曲，可由X射線衍射(XRD)提示。此外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e在外延層結(jié)構(gòu)生長期間作為摻雜劑供應(yīng)時(shí)向著溝道層發(fā)生偏析，其在運(yùn)行中承載二維電子氣，下面簡寫為2DEG。在溝道層中存在Fe對于在2DEG中獲得所期望的高電子濃度是有害的。最后，F(xiàn)e摻雜導(dǎo)致用于沉積第III族氮化物層結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器發(fā)生非期望的Fe污染。這導(dǎo)致非期望的Fe背景摻雜，典型地在名義上未摻雜的上層HEMT器件層中及在晶片表面上濃度最高為約10¹⁷cm^-3。因?yàn)镕e的存在誘發(fā)載荷子的陷阱，所以非故意的Fe摻雜降低了基于第III族氮化物的HEMT器件的導(dǎo)通電阻R_on的動(dòng)態(tài)行為。由于污染風(fēng)險(xiǎn)，并不認(rèn)為Fe摻雜是與CMOS法中的晶片加工相容的。這造成了將第III族氮化物器件的制造集成到現(xiàn)有的廣泛建立的對硅晶片的CMOS生產(chǎn)線的障礙。

文獻(xiàn)US 7,884,393公開了使用GaN基底形式的同質(zhì)基底以獲得在同質(zhì)基底上生長的外延第III族氮化物層結(jié)構(gòu)中極低的位錯(cuò)密度。通過在同質(zhì)基底上生長獲得的低位錯(cuò)密度使得該層結(jié)構(gòu)的不同層中的碳濃度在一定程度上是可變的。通過在同質(zhì)基底上生長并控制碳濃度，根據(jù)US 7,884,393，改善了第III族氮化物場效應(yīng)晶體管和HEMTs的緩沖層和溝道層的品質(zhì)。作為專利申請，US 7,884,393描述了一種在GaN基底上生長的HEMT結(jié)構(gòu)，其具有直接在GaN基底上沉積的單一高阻緩沖層、直接在緩沖層上沉積的單一GaN溝道層和直接在溝道層上沉積的單一勢壘層。該緩沖層在不同的實(shí)施方案中由GaN或AlGaN制成并且具有4×10¹⁷cm^-3或更高的碳濃度。在US 7,884,393中公開的緩沖層的最高碳濃度為2×10¹⁸cm^-3。相鄰的溝道層并不形成一部分的緩沖層，但是形成HEMT的有源層。其是由GaN或InGAN制成的，并且具有不大于4×10¹⁶cm^-3的碳濃度。在US 7,884,393中將在溝道層中較低的碳濃度描述為獲得高純度及由此獲得高電子遷移率所期望的。