一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法及器件技术

本发明专利技术公开了一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，本发明专利技术在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法采用高温离子注入的方法，在导电SiC衬底的表面注入V杂质，注入深度在100‑200μm范围内，接着采用金属有机物气相沉积法，在SiC衬底表面沉积高温AlN层和GaN层。采用此方法可以提高导电SiC衬底表面处的电阻率，降低器件的漏电，同时克服了半绝缘SiC衬底成本高昂的缺点。

A method and device for growth of Gan epitaxial material on conductive SiC substrate

【技术实现步骤摘要】
一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法及器件
本专利技术属于半导体
，特别是指一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法。
技术介绍
氮化镓作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有优良的物理和化学特性，非常适于研制高频、高压、高功率的器件和电路，采用氮化镓研制的高电子迁移率晶体管，电流密度大，功率密度高，噪声低，频率特性好，在军用和民用的微波功率领域有广泛的应用前景。目前缺乏GaN材料的单晶衬底，GaN材料一般采用异质外延的方法生长，所用衬底一般有SiC、Si和蓝宝石。其中SiC衬底与GaN材料的晶格失配和热失配都较小，且其热导率较高，是最为合适的衬底。为降低器件的漏电和寄生效应，要求SiC衬底为半绝缘性质，但半绝缘SiC衬底由于纯度高，加工难度大，价格昂贵，限制了其在民用市场的发展。
技术实现思路
专利技术人发现导电SiC由于纯度较低，加工难度较小，价格较低。导电SiC虽然会产生漏电和寄生效应，但是，经过技术处理后，也可以作为功率器件的衬底使用。本专利技术的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够有效降低器件成本的在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法；具体技术方案为：一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，包括如下步骤：1)选择导电SiC作为衬底；2)在所述衬底的表面，通过离子注入的方法，注入杂质，杂质为V元素，注入厚度为0μm-100μm；3)在衬底上生长一层成核层；4)在成核层上生长缓冲层。进一步，所述成核层生长厚度为0.01μm-0.50μm。进一步，所述缓冲层材料为AlxGa1-xN，0≤x≤0.20。进一步，所述缓冲层材料的厚度为100nm-3000nm。进一步，所述缓冲层材料的生长温度为950℃-1150℃，生长压力为5.33kPa-26.67kPa。进一步，所述成核层和所述缓冲层的生长方法为金属有机物化学气相沉积法、分子束外延或气相外延中的一种。本专利技术还公开了一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的器件，所述器件包括导电SiC衬底，所述导电SiC衬底上依次生长有成核层和缓冲层；采用上述的方法制备。本专利技术在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法采用高温离子注入的方法，在导电SiC衬底的表面注入V杂质，注入深度在100-200μm范围内，接着采用金属有机物气相沉积法，在SiC衬底表面沉积高温AlN层和GaN层。采用此方法可以提高导电SiC衬底表面处的电阻率，降低器件的漏电，同时克服了半绝缘SiC衬底成本高昂的缺点。附图说明图1为本专利技术在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的器件结构示意图；图2为本专利技术在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的制备流程图。图中：01、衬底；02、成核层；03、缓冲层。具体实施方式下面利用实施例对本专利技术进行更全面的说明。本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。如图1、图2所示，实施例中采用成本较低的导电SiC代替成本较高的半绝缘SiC作为衬底。在衬底上生长GaN外延材料的器件，从底向上包括衬底01；衬底01上依次生长有成核层02和缓冲层03。衬底01的上表面通过注入杂质的方法形成一层半绝缘SiC层。具体的制备过程为：1)选择导电SiC作为衬底01。2)在衬底01的表面，通过离子注入的方法，注入杂质，杂质为V元素等，注入厚度应小于100μm。注入深度应小于100μm，注入温度大于500℃。3)在衬底上生长一层成核层02。成核层02的厚度应控制在0.01μm-0.50μm之间。4)在成核层02上生长缓冲层03。缓冲层03的材料为GaN；最好采用AlxGa1-xN，0≤x≤0.20，厚度应控制在100nm-3000nm之间，生长温度应控制在950℃-1150℃之间，生长压力最好控制在5.33kPa-26.67kPa之间。其中，在衬底01上生长的各层材料包括但不局限于金属有机物化学气相沉积法、分子束外延和气相外延，优先采用金属有机物化学气相沉积法。上述示例只是用于说明本专利技术，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本专利技术思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n选择导电SiC作为衬底；/n在所述衬底的表面，通过离子注入的方法，注入杂质，杂质为V元素，注入厚度为0μm-100μm；/n在衬底上生长一层成核层；/n在成核层上生长缓冲层。/n

【技术特征摘要】
1.一种在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
选择导电SiC作为衬底；
在所述衬底的表面，通过离子注入的方法，注入杂质，杂质为V元素，注入厚度为0μm-100μm；
在衬底上生长一层成核层；
在成核层上生长缓冲层。


2.如权利要求1所述的在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，其特征在于，所述成核层生长厚度为0.01μm-0.50μm。


3.如权利要求1所述的在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，其特征在于，所述缓冲层材料为AlxGa1-xN，0≤x≤0.20。


4.如权利要求3所述的在导电SiC衬底上生长GaN外延材料的方法，其特征在于，所述缓冲层材料的厚度为100nm-3000nm。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，李百泉，冯春，肖红领，姜丽娟，李天运，邱爱芹，介芳，
申请(专利权)人：北京华进创威电子有限公司，中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11