肖特基二極管用外延片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。該二極管外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的InAlN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和NH3原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。利用本發(fā)明的外延片制成的肖特基二極管終端器件的漏電較低、使用壽命長，減小了電流密度、提高了器件的反向擊穿電壓。
【專利說明】 肖特基二極管用外延片及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。
【背景技術】
[0003]肖特基二極管利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體接觸原理制作而成，是一種熱載流子二極管，具有低正向電壓、超高速等特點，被廣泛地應用在高頻、大電流、低電壓整流電路以及微波電子混頻電路、檢波電路、高頻數字邏輯電路、交流-直流變換系統(tǒng)中，是電子器件中常見的分立器件?，F有技術中，肖特基二極管普遍采用外延片作為其半導體部件。而用于GaN肖特基二極管的外延片的襯底主要有三種，即藍寶石襯底、硅襯底和碳化硅襯底。其中，由于碳化硅的價格昂貴，而Si襯底不適合用于制作垂直結構的肖特基二極管，故藍寶石襯底在垂直結構的肖特基二極管中應用更為廣泛?，F有技術中普遍使用的平片狀藍寶石襯底由于其位錯密度較高，制成的二極管電子器件漏電流較高、易擊穿、晶體質量不高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種肖特基二極管用外延片及其制備方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的一種技術方案是:一種肖特基二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN 二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的InAlN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN 二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和NH3原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。
[0006]優(yōu)選地，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nm。
[0007]進一步優(yōu)選地，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設備在藍寶石平片上制作而成的。
[0008]優(yōu)選地，所述GaN 二維生長層的厚度為0.3?Ιμπι;所述GaN恢復層的厚度為2?5μπι;所述重摻雜nGaN層的厚度為2?3.5μηι;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μηι，所述InAlN帽層的厚度為I?20nmo
[0009]優(yōu)選地，所述重摻雜nGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4,其摻雜濃度分別為 1E18?1.5E19cm—3 和 3E15?1.5E16cm—30
[00?0]本發(fā)明的又一技術方案為:
一種如上述肖特基二極管用外延片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
A、將帶有AlN蓋層的所述襯底放入MOCVD設備中加熱升溫至1040?1100 °C，而后在所述襯底上直接生長所述GaN二維生長層；
B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長層上生長所述SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長所述GaN恢復層和所述重摻雜nGaN層；
D、保持溫度不變，在所述重摻雜nGaN層上生長所述輕摻雜nGaN層；
E、在650?800°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長所述InAlN帽層；
上述各步驟的順序為依次進行。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述GaN 二維生長層的生長壓力為30?400mbar。
[0012]優(yōu)選地，所述重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar。
[0013]優(yōu)選地，所述InAlN帽層的生長壓力為200?500mbar。
[0014]本發(fā)明采用以上技術方案，相比現有技術具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明的襯底通過在藍寶石平片上覆蓋AlN蓋層來替代低溫GaN緩沖層，同時在GaN二維生長層上原位生長SiNx模板層，顯著減少了刃位錯密度和螺位錯密度，使二極管外延片結構的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯密度降低至5*107/cm3以下。低位錯密度減少了肖特基二極管終端器件的漏電通道，可顯著提高反向擊穿電壓和正向導通電流，提高了外延片的晶體質量、增加了器件的使用壽命；同時還節(jié)約了生長時間。
[0015]2、本發(fā)明中還使用InAlN帽層結構，InAlN帽層的晶格結構同GaN晶格結構類似，不會出現晶格失配的情況，而且該層的能隙寬度可以達到5eV以上，可非常顯著地提高表面層的勢皇高度。同時，由于該層厚度不足10nm，電荷很容易遂穿。因此，由其制成的二極管器件的反向擊穿電壓可顯著升高，但正向導通電壓不會明顯變化。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
附圖1是本發(fā)明所述的肖特基二極管用外延片的結構示意圖。
[0017]上述附圖中:1、襯底；11、藍寶石平片；12、A1N蓋層;2、GaN二維生長層;3、SiNx模板層;4、GaN恢復層;5、重摻雜nGaN層；6、輕摻雜nGaN層；7、InAlN帽層。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖來對本發(fā)明的技術方案作進一步的闡述。
[0019]參見圖1所示，一種肖特基二極管用外延片，包括襯底以及沿其厚度方向依次覆蓋在襯底一側面上的GaN 二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層、InAlN帽層。
[0020]其中，該襯底為帶有AlN蓋層12的藍寶石平片11襯底，該襯底由AlN蓋層12采用PVD或sputter設備在藍寶石平片11上制作而成，該AlN蓋層12厚度為5?200nm。
[0021]該SiNx模板層是在GaN二維生長層上使用SiH4和NH3原位生長形成的，該SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。
[0022]這里，通過采用AlN蓋層12替代了低溫GaN層，同時配合SiNx模板層，可顯著減少了整個外延片的刃位錯密度和螺位錯密度，使肖特基二極管外延片結構的XRD102和002分別降低至10arcsec和80arcsec以下，總位錯密度降低至5*107/cm3以下。低位錯密度減少了肖特基二極管終端器件的漏電通道，可顯著提高反向擊穿電壓和正向導通電流，提高了外延片的晶體質量，增加了器件的使用壽命，同時還節(jié)約了外延片的生長時間。
[0023]而這里使用了InAlN帽層結構，該InAlN帽層的晶格結構同GaN晶格結構類似，不會發(fā)生任何晶格失配的情況，而且該層的能隙寬度可以達到5eV以上。其作用是可非常顯著地提高表面層的勢皇高度。同時，由于該層厚度不足10nm，電荷很容易遂穿。因此由其制作成的二極管終端器件的反向擊穿電壓可顯著升高，同時其正向導通電壓也不會發(fā)生明顯變化。
[0024]本例中，該GaN二維生長層的厚度為0.3?Iym5GaN恢復層的厚度為2?5μπι;重摻雜nGaN層的厚度為2?3.5μηι;輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μηι，InAlN帽層的厚度為I?20nm。
[0025]這里，重摻雜nGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4，其摻雜濃度分別為1E18?1.5E19cm—3 和 3E15?1.5E16cm—30
[0026]—種上述肖特基二極管用外延片的制備方法，包括如下步驟:
A、將襯底放入MOCVD設備中加熱升溫至1040?11OO°C，而后在襯底上直接生長GaN二維生長層；
B、在950?1050°C溫度下，在GaN 二維生長層上原位生長SiNx模板層；
C、在1000?1080°C溫度下，在SiNx模板層上依次生長GaN恢復層和重摻雜nGaN層；
D、保持溫度不變，在重摻雜nGaN層上生長輕摻雜nGaN層；
E、在650?800°C溫度下，在輕摻雜nGaN層上生長InAlN帽層。
[0027]其中，GaN二維生長層的生長壓力為30?400mbar;重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar;而InAlN帽層的生長壓力為200?500mbar。
[0028]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種肖特基二極管用外延片，包括依次層疊設置的襯底、GaN 二維生長層、SiNx模板層、GaN恢復層、重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層，其特征在于，所述外延片還包括覆蓋在所述輕摻雜nGaN層的背離所述重摻雜nGaN層一側的另一側面上的InAlN帽層，其中，所述的襯底為帶有AlN蓋層的藍寶石平片襯底，所述的SiNx模板層是在GaN 二維生長層的背離所述襯底一側的另一側面上使用SiH4和Mfe原位生長形成的，所述SiNx層的厚度低于一個原子層的厚度。2.根據權利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述襯底中的AlN蓋層厚度為5?200nmo3.根據權利要求2所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述襯底是由所述AlN蓋層采用PVD或sputter設備在藍寶石平片上制作而成的。4.根據權利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述GaN二維生長層的厚度為0.3?Ιμπι;所述GaN恢復層的厚度為2?5μηι;所述重摻雜nGaN層的厚度為2?3.5μηι;所述輕摻雜nGaN層的厚度為4?12μπι，所述InAlN帽層的厚度為I?20nm。5.根據權利要求1所述的肖特基二極管用外延片，其特征在于，所述重摻雜nGaN層和輕摻雜nGaN層的摻雜源均為SiH4，其摻雜濃度分別為1E18?1.5E19cm—3和3E15?1.5E16 cnf3。6.—種如權利要求1至5任一項所述的肖特基二極管用外延片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: A、將帶有AlN蓋層的所述襯底放入MOCVD設備中加熱升溫至1040?1100°C，而后在所述襯底上直接生長所述GaN二維生長層； B、在950?1050°C溫度下，在所述GaN 二維生長層上生長所述SiNx模板層； C、在1000?1080°C溫度下，在所述SiNx模板層上依次生長所述GaN恢復層和所述重摻雜nGaN層； D、保持溫度不變，在所述重摻雜nGaN層上生長所述輕摻雜nGaN層； E、在650?800°C溫度下，在所述輕摻雜nGaN層上生長所述InAlN帽層； 上述各步驟的順序為依次進行。7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述GaN二維生長層的生長壓力為30?400mbaro8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述重摻雜nGaN層、輕摻雜nGaN層的生長壓力均為200?700mbar。9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述InAlN帽層的生長壓力為200?500mbar。
【文檔編號】H01L21/02GK106098793SQ201610496968
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王東盛, 朱廷剛, 李亦衡, 張葶葶, 王科, 李仕強, 張子瑜
【申請人】江蘇能華微電子科技發(fā)展有限公司