[發明專利]一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片及其制備方法

有效

• 申請號: 202010841512.6
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112071897B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李傳皓;李忠輝;潘傳奇
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片及其制備方法，所述高頻氮化鎵肖特基二極管外延片的結構從下往上依次包括：襯底層、AlN成核層、InAlN成核層、下層非故意摻雜GaN層、上層非故意摻雜GaN層、n⁺?GaN重摻層和AlGaN極化輕摻層。本方案在AlN成核層中引入源的分時輸運工藝，促進AlN成核島的橫向合并，顯著提升外延材料的晶體質量，同時引入晶格常數更大的InAlN成核層，并通過InAlN成核層、AlN成核層和上層非故意摻雜GaN層的壓應力補償，有效補償掉n⁺?GaN重摻層生長及降溫期間的張應力增量，實現了對圓片應力的有效控制。因此，能夠大幅增加n⁺?GaN重摻層的摻雜濃度，有效降低GaN SBD的寄生串聯電阻、提升GaN SBD等高頻器件的截止頻率和工作效率。

技術領域

本發明涉及半導體外延材料技術領域，尤其涉及一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片及其制備方法。

背景技術

要實現太赫茲頻段的應用，首先需研制出太赫茲功率源芯片。目前研制太赫茲功率源芯片的主要途徑是SBD技術等，利用SBD倍頻原理實現300GHz以上的太赫茲電路。相對砷化鎵(GaAs)，GaN材料具備寬禁帶、高擊穿及電子飽和速度高等特性，因而GaN SBD器件能夠獲得更高的輸出功率。然而，現階段研制的GaN SBD器件由于寄生串聯電阻偏高，導致截止頻率及工作效率均偏低，造成器件性能不能滿足太赫茲領域的實際應用。

目前降低GaN SBD器件寄生串聯電阻的方法主要有兩種：一是引入異質結多溝道結構，利用多層異質結溝道提高二維電子氣密度，達到降低串聯電阻的目的。這種方法的不足在于結構復雜，工藝實現難度大，且批次間穩定性較差；二是通過提高n+-GaN層的摻雜濃度，提升單位面積下的電子密度，從而降低寄生串聯電阻，增大隧穿電流。

由于硅烷具有成本低、并入效率高等特點，因此硅烷是GaN材料中最常用的n型摻雜源。然而，由于硅原子與鎵原子半徑差別較大，在GaN材料中摻入高濃度的硅原子會引起GaN晶格產生畸變，即從非故意摻雜GaN層到n+-GaN重摻層的外延期間，圓片應力由壓應力向張應力方向發生明顯演變，且重摻濃度越高，張應力演變越明顯。并且，常用襯底(碳化硅、硅等)的熱膨脹系數低于GaN的熱膨脹系數，因而在外延結束后的降溫過程中，圓片的張應力會進一步增大。張應力增長到一定程度會導致外延材料表面出現大量裂紋，嚴重影響材料的質量。為緩解圓片的張應力，需要減小n+-GaN重摻層的摻雜濃度來降低n+-GaN重摻層生長期間的張應力增量，但會造成GaN SBD器件的寄生串聯電阻偏高不能達到太赫茲功率源芯片的研制需求。因此，在有效控制圓片應力的同時，如何有效提高n+-GaN重摻層的摻雜濃度，從而大幅度降低寄生串聯電阻，對于太赫茲GaN SBD器件與高效倍頻電路的應用具有十分重要的意義。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片及其制備方法。

為實現本發明的目的，提供一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片，包括：襯底層、AlN成核層、InAlN成核層、下層非故意摻雜GaN層、上層非故意摻雜GaN層、n⁺-GaN重摻層和AlGaN極化輕摻層；所述襯底層、AlN成核層、InAlN成核層、下層非故意摻雜GaN層、上層非故意摻雜GaN層、n⁺-GaN重摻層和AlGaN極化輕摻層按從下往上的順序依次疊加。

進一步地，本技術方案提供一種高頻氮化鎵肖特基二極管外延片的制備方法，包括如下步驟：

(1)選取襯底，將所述襯底設置在氣相外延生長設備的內基座上；

(2)將反應室升溫至1000～1100℃，且設定所述反應室的壓力為50～150torr，在氫氣氛圍下烘烤所述襯底5～15min；