[發明專利]基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法

在審

• 申請號: 202110938095.1
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113658853A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 劉勝北
• 申請（專利權）人: 上海新微半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/265;H01L21/335;C30B25/18;C30B29/40
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

1.一種基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步驟：

1)提供一用于GaN異質外延生長的襯底；

2)于所述襯底表層進行Al元素注入，其中，所述Al元素的注入濃度大于所述襯底的Al元素固溶度；

3)對所述襯底進行退火工藝以修復所述襯底的晶格缺陷，同時使所述襯底表層的Al元素從所述襯底中析出并在所述襯底表面形成Al成核層；

4)向所述襯底表面通入Al源與N源，基于所述Al成核層在所述襯底表面進行AlN緩沖層的生長。

2.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：步驟1)還包括對所述襯底進行表面清洗處理的步驟。

3.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：所述襯底包括SiC襯底、Si襯底及SOI襯底中的一種。

4.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：步驟2)進行Al元素注入之前，還包括在所述襯底表面形成注入緩沖層的步驟，步驟3)之前，還包括去除所述注入緩沖層的步驟。

5.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：所述Al元素的濃度范圍為襯底材料的Al固溶度的2～100倍。

6.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：所述Al成核層的厚度范圍為1～100埃米。

7.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：所述退火工藝的溫度范圍為500～1150℃，時間范圍為1s～30min。

8.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：步驟2)于所述襯底表層進行Al元素注入的同時，于所述襯底表層注入導電摻雜離子，以改變所述襯底的導電性能。

9.根據權利要求1所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法，其特征在于：步驟2)于所述襯底表層進行Al元素注入的同時，于所述襯底表層注入占位雜質，以改變所述襯底的Al元素的固溶度。

10.一種GaN基HEMT外延結構的制作方法，其特征在于，包括：

如權利要求1～9任意一項所述的基于Al離子注入的GaN異質外延緩沖層的制作方法進行步驟1)～4)；

5)基于所述AlN緩沖層進行GaN基HEMT外延結構的生長。

11.根據權利要求10所述的GaN基HEMT外延結構的制作方法，其特征在于，所述GaN基HEMT外延結構的生長包括：

5-1)于所述AlN緩沖層上形成AlGaN緩沖層或AlN/GaN超晶格緩沖層；

5-2)于所述AlGaN緩沖層或AlN/GaN超晶格緩沖層上形成碳摻雜GaN高阻層；

5-3)于所述碳摻雜GaN高阻層上形成GaN溝道層；

5-4)于所述GaN溝道層上形成AlN隔離層；

5-5)于所述AlN隔離層上形成AlGaN勢壘層；

5-6)于所述AlGaN勢壘層上形成GaN帽層。