GaN薄膜材料及其制备方法
【专利说明】GaN薄膜材料及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种GaN薄膜材料及其制备方法，特别涉及一种使用图像化蓝宝石衬底的GaN薄膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0003]薄膜材料广泛用作二极管、三极管等半导体电子器件的绝缘层，用于在其上生长外延结构层，在半导体器件中具有广泛的用途。目前用于GaN薄膜材料的衬底主要有两种，即蓝宝石衬底和碳化硅衬底。但由于碳化硅的价格昂贵，故蓝宝石衬底的使用更为广泛。现有技术中普遍使用的平片状蓝宝石衬底由于其位错密度较高，所得的GaN薄膜材料制成的电子器件漏电流较高、易击穿。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种GaN薄膜材料及其制备方法，由其制成的电子器件漏电较低、击穿电压较高、寿命较长。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种GaN薄膜材料，包括依次层叠的衬底、GaN成核层、GaN缓冲层，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述GaN成核层为C掺杂的GaN成核层，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层。
[0006]优选地，所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1.6 μπι、2. 4 μπκ0. 6 μ m〇
[0007]优选地，所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1.7 μπι、2. 6 μπι、0. 4 μ m〇
[0008]优选地，所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1.2 μπι、1.8 μπι、0. 1 μ m〇
[0009]优选地，所述GaN成核层的厚度为20~50nm。
[0010]更优选地，所述GaN缓冲层的厚度为2~3 μ m。
[0011]进一步地，所述GaN成核层和所述GaN缓冲层所采用的C的掺杂源为CC1 4或C 2H2。
[0012]本发明采用的又一技术方案为：
一种如上所述的GaN薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
A将图形化蓝宝石衬底在1050~1100°C的!12氛围下高温净化5~10min;
8在H2氛围下将步骤A净化后的衬底降温至500~600°C，在衬底上生长C掺杂的GaN成核层；
C温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层上生长C掺杂的GaN缓冲层。
[0013]优选地，步骤B中，采用M0CVD工艺在所述衬底上生长所述GaN成核层。
[0014]优选地，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层，所述GaN缓冲层的生长压力为30?200mbar。
[0015]本发明采用以上技术方案，相比现有技术具有如下优点：在图形化蓝宝石衬底生长掺C的GaN成核层和掺C的GaN缓冲层制成了更高晶体质量的半绝缘GaN，所制成的GaN薄膜材料晶体质量更好，相较常规平片蓝宝石衬底制作的三极管用外延片，位错密度由lE9cm 3降低至lE8cm 3。由此带来的好处是半绝缘GaN外延薄膜材料更加适合制作各种类型的电子器件，各项电学性能均会有提升，如漏电特性较好，击穿电压较高，寿命较长。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明的GaN薄膜材料的结构示意图。
[0017]上述附图中，1、衬底；2、GaN成核层；3、GaN缓冲层。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
[0019]图1所示为本发明的一种GaN薄膜材料。结合图1所示，该GaN薄膜材料包括依次层叠的衬底1、GaN成核层2、GaN缓冲层3。
[0020]所述衬底1为图形化蓝宝石衬底（PSS)l。图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1. 6 μπι、2. 4 μπι、0. 6 μπι;或，图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1. 7 μ m、2. 6 μ m、0. 4 μ m;或，图形化蓝宝石衬底1的图形高度、宽度、间隙分别为1. 2 μ m、1. 8 μ m、0. 1 μ m。
[0021 ]成核层2为C掺杂的GaN成核层2，GaN缓冲层3为C掺杂的GaN缓冲层3。GaN成核层2和GaN缓冲层3都是用了 C掺杂，共同构成三级管用外延片的绝缘层，与图像化蓝宝石衬底1构成半绝缘GaN。GaN成核层2的厚度为20~50nm，GaN缓冲层3的厚度为2~3 μ m。GaN成核层2和所述GaN缓冲层3所采用的C的掺杂源为CC1 4或C 2H2。
[0022]—种上述GaN薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
A、提供图形化蓝宝石衬底1，将图形化蓝宝石衬底1在1050~1100°(：的H2氛围下高温净化 5~10min;
8、在H2氛围下将步骤A净化后的图形化蓝宝石衬底1降温至500~600°C，在图形化蓝宝石衬底1上生长C掺杂的GaN成核层2;
C、温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层2上生长C掺杂的GaN缓冲层3。
[0023]步骤B中，采用M0CVD工艺（即金属有机化合物化学气相沉淀工艺，Metal-organicChemical Vapor Deposition )在所述衬底1上生长所述GaN成核层2。
[0024]步骤C中，所述GaN缓冲层3的生长压力为30~200mbar。
[0025]图形化蓝宝石衬底（PSS)生长的半绝缘GaN薄膜材料比平片蓝宝石衬底生长的半绝缘材料晶体质量更加优良，其XRD 102仅为300左右，相比平片生长的半绝缘GaN薄膜的XRD 102降低30%左右，位错密度也由lE9cm 3降低到lE8cm 3，更适合制作功率型GaN电子器件。
[0026]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaN薄膜材料，包括依次层叠的衬底、GaN成核层、GaN缓冲层，其特征在于：所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述GaN成核层为C掺杂的GaN成核层，所述GaN缓冲层为C掺杂的GaN缓冲层。2.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1. 6 μ m、2. 4 μ m、0. 6 μ m。3.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1. 7 μ m、2. 6 μ m、0. 4 μ m。4.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述图形化蓝宝石衬底的图形高度、宽度、间隙分别为1. 2 μηι、1· 8 μπι、0· 1 μπι。5.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述GaN成核层的厚度为20?50nm。6.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述GaN缓冲层的厚度为2?3 μ m〇7.根据权利要求1所述的GaN薄膜材料，其特征在于：所述GaN成核层和所述GaN缓冲层所采用的C的掺杂源为0：14或C 2H2。8.—种如权利要求1-7任一项所述的GaN薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A将图形化蓝宝石衬底在1050~1100°C的氏氛围下高温净化5~10min ;B在H2氛围下将步骤A净化后的衬底降温至500~600 °C，在衬底上生长C掺杂的GaN成核层；C温度升高至1040~1080°C，在所述GaN成核层上生长C掺杂的GaN缓冲层。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤B中，采用MOCVD工艺在所述衬底上生长所述GaN成核层。10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述GaN缓冲层的生长压力为30?200mbar。
【专利摘要】<b>本发明提供一种</b><b>GaN</b><b>薄膜材料及其制备方法，由其制成的电子器件漏电较低、击穿电压较高、寿命较长。一种</b><b>GaN</b><b>薄膜材料，包括依次层叠的衬底、</b><b>GaN</b><b>成核层、</b><b>GaN</b><b>缓冲层，所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述</b><b>GaN</b><b>成核层为</b><b>C</b><b>掺杂的</b><b>GaN</b><b>成核层，所述</b><b>GaN</b><b>缓冲层为</b><b>C</b><b>掺杂的</b><b>GaN</b><b>缓冲层。</b>
【IPC分类】H01L21/02, H01L29/06, H01L29/20
【公开号】CN105390533
【申请号】CN201510725860
【发明人】王东盛, 苗操, 李亦衡, 魏鸿源, 严文胜, 张葶葶, 朱廷刚
【申请人】江苏能华微电子科技发展有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月30日