專利名稱：生長高阻氮化鎵外延膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別指氮化鎵外延膜的外延生長方法。
背景技術(shù)：
III-V族氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，由于具有獨特的物理、化學和機械性能，在光電子和微電子領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。特別是當?shù)壊牧蠎?yīng)用于HEMT、HFET、HBT、JFET、MOSFET、SAW等器件時，為了解決器件漏電問題，都要求氮化鎵材料的電阻率大于106Ω.cm以上。但是由于氮化鎵材料缺少與之相匹配的異質(zhì)襯底材料，本底電子濃度高，高阻GaN的制備十分困難。在本發(fā)明以前，經(jīng)常采用的高阻氮化鎵材料生長方法有離子注入在材料中產(chǎn)生深能級缺陷以形成高阻，和引入P型雜質(zhì)摻雜，通過與N型背景濃度互相補償?shù)玫礁咦?。其中離子注入工藝復(fù)雜，產(chǎn)生的深能級缺陷給進一步的結(jié)構(gòu)材料的生長和器件制備帶來了難度，且離子注入方法不適合氮化鎵基器件的制備工藝。P型摻雜則不僅增加了生長工藝的復(fù)雜性，而且獲得的高阻材料穩(wěn)定性差。因此，高阻問題一直是困擾氮化鎵材料和器件的一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其方法是通過非有意摻雜，精確地控制不同于低阻氮化鎵生長的溫度、壓力、V/III比等生長條件，來外延生長出高阻的本征氮化鎵。解決了人為引入雜質(zhì)及缺陷對后續(xù)結(jié)構(gòu)生長和器件制作帶來的不利影響，生長工藝簡單，同時本發(fā)明提高了晶體的質(zhì)量和樣品表面的平整度。
本發(fā)明一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，包括如下步驟選擇一襯底；采用金屬有機物化學氣相沉積生長法，在襯底的晶面上生長一層低溫氮化鎵成核層；將襯底溫度升高，在低溫氮化鎵成核層上生長本征氮化鎵層。
其中所述的襯底為藍寶石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
其中在襯底10上生長低溫氮化鎵成核層時，生長溫度為500-600℃，生長壓力為400-600torr，生長厚度為0.01-0.06μm。
其中在低溫氮化鎵成核層上生長高溫本征氮化鎵層時，生長溫度為1000-1100℃之間，生長壓力為100-300torr，生長厚度為0.5-6μm。
其中在低溫氮化鎵成核層上生長的高溫本征氮化鎵層為高阻氮化鎵材料。


為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作一詳細的描述，其中圖1是本發(fā)明的低溫GaN層生長結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的高溫本征GaN層生長結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的高阻GaN雙晶X射線搖擺曲線半峰寬測試結(jié)果圖；圖4是本發(fā)明的高阻GaN表面粗糙度RMS測試結(jié)果圖。
具體實施例方式
本發(fā)明關(guān)鍵在于首先通過精確地控制不同于低阻氮化鎵生長的溫度、壓力、V/III比等生長條件引入晶格缺陷，使外延材料變?yōu)楦咦璨牧稀Ｆ浯瓮ㄟ^非有意摻雜，來外延生長出本征氮化鎵材料，解決了人為引入雜質(zhì)對后續(xù)結(jié)構(gòu)生長和器件制作帶來的不利影響，從而使生長工藝簡化，并得到了本征的高阻氮化鎵材料。同時本發(fā)明還提高了晶體的質(zhì)量和樣品表面的平整度。
請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，包括如下步驟選擇一襯底10；先在襯底10的晶面上采用金屬有機物化學氣相沉積生長一層低溫氮化鎵成核層20；其中所述的襯底10為藍寶石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO；其中在襯底10上生長低溫氮化鎵成核層20時，生長溫度為500-600℃，生長壓力為400-600torr，生長厚度為0.01-0.06μm；隨后升高襯底溫度，繼續(xù)在低溫氮化鎵成核層20上生長本征氮化鎵層30；其中在低溫氮化鎵成核層20上生長高溫本征氮化鎵層30時，生長溫度在1000-1100℃之間，生長壓力為100-300torr，生長厚度為0.5-6μm。
其中生長的高溫本征氮化鎵層30為高阻氮化鎵材料。
實施例1、先在襯底藍寶石(0001)或硅(11 )或碳化硅(0001)或其它適于生長氮化物的襯底如GaLiO3、ZnO等的晶面上采用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)生長一層低溫氮化鎵成核層20，襯底10溫度約500-600℃，壓力約400-600torr，生長厚度0.01-0.06μm。(圖1)。
2、隨后生長本征氮化鎵層30，升高襯底10的溫度在1000-1100℃之間，生長壓力100-300torr，生長厚度為0.5-6μm。(圖2)。
對由以上步驟獲得的樣品進行測試分析，證實用此方法生長的氮化鎵為高阻材料，其室溫電阻率大于107Ω.cm(表1)；使用雙晶X射線衍射方法證實該材料的(0002)面的搖擺曲線半峰寬小于6arcmin.(圖3)；原子力顯微鏡(AFM)測試方法證實該材料表面粗糙度(RMS)小于0.2nm(圖4)。
表1


本發(fā)明降低了工藝難度，減少了工藝步驟，一次性的生長出了高質(zhì)量的本征高阻氮化鎵材料，優(yōu)化了生長工藝，降低了生長成本。
權(quán)利要求
1.一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，包括如下步驟選擇一襯底；采用金屬有機物化學氣相沉積生長法，在襯底的晶面上生長一層低溫氮化鎵成核層；將襯底溫度升高，在低溫氮化鎵成核層上生長本征氮化鎵層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，其中所述的襯底為藍寶石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，其中在襯底10上生長低溫氮化鎵成核層時，生長溫度為500-600℃，生長壓力為400-600torr，生長厚度為0.01-0.06μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，其中在低溫氮化鎵成核層上生長高溫本征氮化鎵層時，生長溫度為1000-1100℃之間，生長壓力為100-300torr，生長厚度為0.5-6μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，其中在低溫氮化鎵成核層上生長的高溫本征氮化鎵層為高阻氮化鎵材料。
全文摘要
一種生長高阻氮化鎵外延膜的方法，其特征在于，包括如下步驟選擇一襯底；采用金屬有機物化學氣相沉積生長法，在襯底的晶面上生長一層低溫氮化鎵成核層；將襯底溫度升高，在低溫氮化鎵成核層上生長本征氮化鎵層。本發(fā)明降低了工藝難度，減少了工藝步驟，一次性的生長出了高質(zhì)量的本征高阻氮化鎵材料，優(yōu)化了生長工藝，降低了生長成本。
文檔編號C30B25/02GK1704505SQ200410046039
公開日2005年12月7日 申請日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者王曉亮, 胡國新, 王軍喜, 冉軍學, 曾一平, 李晉閩 申請人:中國科學院半導(dǎo)體研究所