[發明專利]一種基于Mg擴散法的p型GaN基薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202211477979.2
• 申請日: 2022-11-23
• 公開（公告）號: CN115911194A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 朱宇峰;袁松;郭澤昊;鈕應喜;劉志遠;鐘敏
• 申請（專利權）人: 安徽長飛先進半導體有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/32;H01L21/02;H01L21/205;H01L29/20;H01L29/207;H01L21/335
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了一種基于Mg擴散法的p型GaN基薄膜及其制備方法，先對外延GaN基薄膜ICP刻蝕后，再沉積Mg薄膜，然后經過退火，最后去除殘留的Mg薄膜。在沉積Mg之前進行GaN基薄膜ICP刻蝕的作用是制造缺陷，增加GaN基薄膜及Mg金屬表面與界面的差異狀態，增加了GaN基薄膜材料的表面粗糙度及總表面積，也增加了Mg金屬與GaN基薄膜界面之間的總接觸面積，提高了GaN基薄膜材料的表面態數量與Mg金屬界面之間的缺陷密度，進而提高了Mg擴散的效率與濃度。本發明通過以上方法、無需沉積其他功能膜層，即可實現重摻雜p?GaN或p?AlGaN，Mg摻雜濃度≥1×10supgt;20/supgt;cmsupgt;?3/supgt;。

技術領域

本發明屬于半導體領域，具體技術屬于一種基于Mg擴散法的p型GaN基薄膜及其制備方法。

背景技術

第三代半導體GaN具有寬禁帶、高擊穿、高頻等優異的半導體特性；相比Si基半導體，GaN材料的擊穿場強是其10余倍，Baliga優值高出其1580多倍；相比于其它三五族半導體材料，GaN基異質結因其在不摻雜時通過強自發極化效應能產生極高濃度的二維電子氣，更是使其成為第三代半導體材料中的首選。GaN材料優越的性能使其在射頻微波和電力電子領域有著廣闊的應用前景。

Mg摻雜p型GaN基薄膜外延生長方法,通過通入Cp₂Mg進行外延生長使得鎂的自補償效應比較明顯，通常摻鎂的氮化鎵基材料的空穴濃度只有10¹⁷-10¹⁸cm^-3，遷移率還不到10cm²/v.s，摻雜效率只有1-2％，不能很好滿足器件要求，只通過MOCVD進行外延生長難以獲得高質量、高空穴濃度的p型氮化鎵基材料。Mg摻雜法p-GaN基材料常用的歐姆接觸電極體系為鎳/金(Ni/Au)，其比接觸電阻率在10^-4～10^-5cm²數量級，遠遠小于n-GaN基材料的10^-6～10^-8cm²的水平，因此Mg摻雜法p-GaN基材料的歐姆接觸特性有很大的改進空間。

室溫下AlGaN中僅有1％～2％的Mg原子離化起受主的作用。因此，要獲得高空穴載流子濃度，應該摻入比設計空穴濃度高約兩個數量級濃度的Mg原子。但高摻入Mg原子并不一定能獲得高空穴濃度，這是由于Mg原子在生長過程中能夠產生一些絡合物，如與有機源和載氣中的H自由基形成Mg-H絡合物等，絡合物對Mg原子起鈍化作用使Mg原子難以激活離化而且高Mg源流量會嚴重影響外延薄膜的表面形貌，甚至會改變薄膜材料的極性。而且由于Mg摻雜的p-AlGaN材料空穴濃度難以提高，一直以來p-AlGaN材料的歐姆接觸比接觸電阻率很難做到n-AlGaN材料的10^-6～10^-8cm²的水平。目前p-GaN基材料常用的歐姆接觸電極體系為鎳/金(Ni/Au)，其比接觸電阻率在10^-4～10^-5cm²的量級。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于Mg擴散法的p型GaN基薄膜及其制備方法，本發明先對外延GaN基薄膜，ICP刻蝕后，再沉積Mg薄膜，然后經過退火，Mg擴散后材料中的Mg原子濃度分布都呈遞減趨勢，最后去除殘留的Mg薄膜。本發明通過以上方法、無需沉積其他功能膜層，即可實現重摻雜p-GaN或p-AlGaN，Mg摻雜濃度≥1×10²⁰cm^-3。

本發明具體技術方案如下：

一種基于Mg擴散法的p型GaN基薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)對外延生長的GaN基薄膜進行ICP刻蝕；

2)再沉積Mg薄膜；

3)進行退火；

4)去除殘留的Mg薄膜。