CN1326208C - 氮化镓高电子迁移率晶体管的结构及制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：选择一衬底；采用金属有机物化学气相沉积法，首先在衬底上生长一层低温氮化镓成核层；然后在低温氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓高阻层；接着在非有意掺杂氮化镓高阻层上生长非有意掺杂高迁移率氮化镓层；最后生长非有意掺杂铝镓氮层。

Description

氮化镓高电子迁移率晶体管的结构及制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种氮化镓高电子迁移率晶体管的结构及制作方法。
背景技术
III-V族氮化镓材料作为第三代半导体材料的典型代表，由于具有独特的物理、化学和机械性能，在光电子和微电子领域有着巨大的应用前景。特别是氮化镓高电子迁移率晶体管具有高温、高频、耐辐射和大功率的特点，可以工作在恶劣的条件下，在无线通讯、飞行器、雷达和高温电子器件等领域具有广阔的应用前景。
高电子迁移率晶体管的原理为：由于组成异质结的两种材料的能带不连续性，在能带的交界处形成了一个三角形势阱，俘获了大量的自由载流子，从而使载流子与电离杂质空间分离，大大提高了材料的迁移率。
在本发明以前，经常采用的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构为：在衬底上依次生长完低温氮化镓成核层和高阻层后，生长掺杂的铝镓氮层。对于使用掺杂结构的高电子迁移率晶体管结构，掺杂会降低材料晶格的完整性，并导致电离杂质的产生，从而降低材料的质量，因此其迁移率的提高效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化镓高电子迁移率晶体管的结构及制作方法，其是通过控制生长条件，如温度、压力以及氮化镓生长的结构设计方面的改进，来外延生长出氮化镓高电子迁移率晶体管结构材料。本发明采用了新型的一个高迁移率氮化镓过渡层和非掺杂的铝镓氮层来提高材料的迁移率。高迁移率氮化镓过渡层为二维电子气提供了一个良好的通道，非掺杂的铝镓氮层利用氮化物特有的压电极化效应来产生高浓度的二维电子气，并极大地减少了电离杂质，从而提高了材料的迁移率和晶体质量。本发明可获得氮化镓高电子迁移率晶体管结构材料，同时提高了材料表面的平整度。
本发明一种氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择一衬底；
采用金属有机物化学气相沉积法，首先在衬底上生长一层低温氮化镓成核层，生长温度为500-600℃；
然后在低温氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓高阻层；
接着在非有意掺杂氮化镓高阻层上生长非有意掺杂高迁移率氮化镓层；
最后生长非有意掺杂铝镓氮层。
其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
其中所述的低温氮化镓成核层的生长压力为400-600torr，生长厚度0.01-0.06μm。
其中所述的非有意掺杂氮化镓高阻层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为1-5μm。
其中所述的非有意掺杂高迁移率氮化镓层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力约为400-600torr，生长厚度为0.1-0.3μm。
其中所述的非有意掺杂铝镓氮层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度在0.01-0.04μm之间，Al组分在0.15-0.5之间。
本发明一种氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一低温氮化镓成核层，该层低温氮化镓成核层制作在衬底的上面；
一非有意掺杂氮化镓高阻层，该非有意掺杂氮化镓高阻层制作在低温氮化镓成核层的上面；
一非有意掺杂高迁移率氮化镓层，该非有意掺杂高迁移率氮化镓层制作在非有意掺杂氮化镓高阻层的上面；
一非有意掺杂铝镓氮层，该非有意掺杂铝镓氮层制作在非有意掺杂高迁移率氮化镓层的上面。
其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
其中非有意掺杂高迁移率氮化镓层的厚度为0.01-0.06μm。
其中非有意掺杂高迁移率氮化镓层的生长温度在1000-1100℃之间、生长压力约为400-600torr、生长厚度为0.1-0.3μm。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构示意图；
图2是本发明的氮化镓高电子迁移率晶体管结构的迁移率及载流子浓度随温度的变化曲线；
图3是本发明的氮化镓高电子迁移率晶体管结构的表面粗糙度RMS测试结果。
具体实施方式
本发明关键在于通过控制生长条件，如温度、压力以及氮化镓生长的结构设计等方面的最佳化来外延生长出氮化镓高电子迁移率晶体管。采用了一个新型的高迁移率氮化镓过渡层和非掺杂的铝镓氮层来提高材料的迁移率。高迁移率氮化镓过渡层的作用在于为二维电子气提供了一个良好的通道。非掺杂的铝镓氮层利用了氮化物材料特有的压电极化效应来产生高浓度的二维电子气，由于没有进行调制掺杂，能够极大地减少电离杂质，从而提高了材料的迁移率和晶体质量。
请参阅图1所示，本发明一种氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：
选择一衬底10，该衬底10的材料为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO；
采用金属有机物化学气相沉积法，在衬底上生长一层低温氮化镓成核层20，该低温氮化镓成核层20的生长温度约500-600℃，生长压力约400-600torr，生长厚度0.01-0.06μm；
将衬底10温度升高，在低温氮化镓成核层20上生长非有意掺杂氮化镓高阻层30，该非有意掺杂氮化镓高阻层30的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为1-5μm；改变生长室压力，在非有意掺杂氮化镓高阻层30上生长非有意掺杂高迁移率氮化镓层40，该非有意掺杂高迁移率氮化镓层40的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力约为400-600torr，生长厚度为0.1-0.3μm；
最后生长非有意掺杂铝镓氮层50，该非有意掺杂铝镓氮层50的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度在0.01-0.04μm之间，A1组分在0.15-0.5之间。
请再参阅图1所示，本发明一种氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中包括：
一衬底10，该衬底10的材料为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO；
一低温氮化镓成核层20，该层低温氮化镓成核层20制作在衬底10的上面；
一非有意掺杂氮化镓高阻层30，该非有意掺杂氮化镓高阻层30制作在低温氮化镓成核层20的上面；
一非有意掺杂高迁移率氮化镓层40，该非有意掺杂高迁移率氮化镓层40制作在非有意掺杂氮化镓高阻层30的上面；
一非有意掺杂铝镓氮层50，该非有意掺杂铝镓氮层50制作在非有意掺杂高迁移率氮化镓层40的上面。
对由以上步骤获得的样品进行测试分析，证明用此方法生长获得的新结构氮化镓高电子迁移率晶体管材料具有很高的迁移率。变温HALL测试证明该材料的二维电子气室温迁移率在1000cm2/V.s-2000cm2/V.s之间，面密度大于1.0×1013cm-2，77K时迁移率大于5000cm2/V.s，二维电子气面密度大于1.0×1013cm-2(图2)；原子力显微镜(AFM)测试方法证实该材料表面粗糙度(RMS)小于0.2nm(图3)。本发明降低了工艺难度，减少了工艺步骤，获得了氮化镓高电子迁移率晶体管结构材料。

Claims (10)

1.一种氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择一衬底；
采用金属有机物化学气相沉积法，首先在衬底上生长一层低温氮化镓成核层，生长温度为500-600℃；
然后在低温氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓高阻层；
接着在非有意掺杂氮化镓高阻层上生长非有意掺杂高迁移率氮化镓层；
最后生长非有意掺杂铝镓氮层。
2、根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
3、根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，其中所述的低温氮化镓成核层的生长压力为400-600torr，生长厚度0.01-0.06μm。
4、根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，其中所述的非有意掺杂氮化镓高阻层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为1-5μm。
5、根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，其中所述的非有意掺杂高迁移率氮化镓层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力约为400-600torr，生长厚度为0.1-0.3μm。
6、根据权利要求1所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法，其特征在于，其中所述的非有意掺杂铝镓氮层的生长温度在1000-1100℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度在0.01-0.04μm之间，Al组分在0.15-0.5之间。
7、一种氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中包括：
一衬底；
一低温氮化镓成核层，该层低温氮化镓成核层制作在衬底的上面；
一非有意掺杂氮化镓高阻层，该非有意掺杂氮化镓高阻层制作在低温氮化镓成核层的上面；
一非有意掺杂高迁移率氮化镓层，该非有意掺杂高迁移率氮化镓层制作在非有意掺杂氮化镓高阻层的上面；
一非有意掺杂铝镓氮层，该非有意掺杂铝镓氮层制作在非有意掺杂高迁移率氮化镓层的上面。
8、根据权利要求7所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中所述的衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或GaLiO3、ZnO。
9、根据权利要求7所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中非有意掺杂高迁移率氮化镓层的厚度为0.01-0.06μm。
10、根据权利要求7所述的氮化镓高电子迁移率晶体管的结构，其特征在于，其中非有意掺杂高迁移率氮化镓层的生长温度在1000-1100℃之间、生长压力约为400-600torr、生长厚度为0.1-0.3μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5191221B2 (ja) * 2007-02-23 2013-05-08 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 低温受信増幅器
CN101266999B (zh) * 2007-03-14 2010-05-19 中国科学院半导体研究所 氮化镓基双异质结场效应晶体管结构及制作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057158A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Sony Corp 絶縁性窒化物層及びその形成方法、半導体装置及びその製造方法
US6486502B1 (en) * 1998-06-12 2002-11-26 Cree, Inc. Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates
JP2003059948A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6486502B1 (en) * 1998-06-12 2002-11-26 Cree, Inc. Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates
JP2002057158A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Sony Corp 絶縁性窒化物層及びその形成方法、半導体装置及びその製造方法
JP2003059948A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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