(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710826751.2
(22)申请日 2017.09.14
(71)申请人 中国电子科技集团公司第十三研究
所
地址 050051 河北省石家庄市合作路113号
(72)发明人 王波 房玉龙 尹甲运 张志荣
郭艳敏 李佳 芦伟立 冯志红
(74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所
13120
代理人 王丽巧
(51)Int.Cl.
H01L 21/3205(2006.01)
H01L 21/321(2006.01)
H01L 29/20(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种氮化镓外延片的钝化方
法，涉及半导体技术领域。该方法包括以下步骤：
层上生长势垒层；在所述势垒层上沉积铝原子；
将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述
氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝
化层。本发明能够改善材料的表面态，有效地抑
制电流崩塌现象，并且钝化保护层通过在空气中
自然氧化生成，不需要额外的设备，制备方法简
单。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 107644813 A 2018.01.30
C N 107644813
A
1.一种氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上生长氮化镓外延层；
在所述氮化镓外延层上生长势垒层；
在所述势垒层上沉积铝原子；
将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝化层。
2.如权利要求1所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述在衬底上生长氮化镓外延层，具体包括：
通过金属有机化合物化学气相沉积在衬底上外延生长氮化镓外延层。
3.如权利要求2所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述氮源为氨气。
4.如权利要求1所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述势垒层为AlGaN势垒层；所述在所述
氮化镓外延层上生长势垒层，具体包括：
通过载气向反应室通入氮源、镓源和铝源；
通过金属有机化合物化学气相沉积在所述氮化镓外延层上外延生长AlGaN势垒层。
5.如权利要求4所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述氮源为氨气，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述铝源为三甲基铝。
6.如权利要求4所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述AlGaN势垒层的生长温度为400℃至1350℃。
7.如权利要求4所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述在所述势垒层上沉积铝原子，具体包括：
关掉通入所述反应室的氮源和镓源，通过载气向所述反应室通入铝源；其中，所述铝源为三甲基铝；
通过金属有机化合物化学气相沉积在所述AlGaN势垒层上沉积铝原子。
8.如权利要求7所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述铝原子的沉积温度为300℃至1600℃。
9.如权利要求2-8任一项所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述载气为氢气或氮气。
10.如权利要求7所述的氮化镓外延片的钝化方法，其特征在于，所述将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝化层，具体包括：
关闭通入所述反应室的三甲基铝，在所述反应室中通入氢气或氮气，并将所述反应室的温度降至室温；
将所述氮化镓外延片从所述反应室取出，以使得所述氮化镓外延片暴露在空气中，并在空气中氧化形成氧化铝钝化层。
权 利 要 求 书1/1页CN 107644813 A
氮化镓外延片的钝化方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓外延片的钝化方法。
背景技术
[0002]氮化镓（GaN）材料由于具有宽的禁带宽度、高电子速度等特点，在光电子和微电子领域发展前
景十分广阔。氮化镓异质结场效应晶体管由于氮化镓异质结材料存在着因晶体缺陷引起的表面态，在高场应力中，异质结材料表面的电子陷阱会俘获高场下产生的热电子，材料表面聚集的电子会产生耗尽作用，使器件的饱和电流、跨导等参数恶化。材料表面态的存在会使器件在高频大功率应用时产生电流崩塌现象，使器件的性能退化。
发明内容
[0003]有鉴于此，本发明实施例提供一种氮化镓外延片的钝化方法，以解决现有技术中由于氮化镓异质结材料表面存在表面态导致氮化镓器件的性能退化的技术问题。[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种氮化镓外延片的钝化方法，包括以下步骤：
在衬底上生长氮化镓外延层；
在所述氮化镓外延层上生长势垒层；
在所述势垒层上沉积铝原子；
将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝化层。
[0005]在第一种可能的实现方式中，所述在衬底上生长氮化镓外延层，具体包括：通过载气向反应室通入镓源和氮源；
通过金属有机化合物化学气相沉积在衬底上外延生长氮化镓外延层。
[0006]结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述氮源为氨气。
[0007]在第三种可能的实现方式中，所述势垒层为AlGaN势垒层；所述在所述氮化镓外延层上生长势垒层，具体包括：
通过载气向反应室通入氮源、镓源和铝源；
通过金属有机化合物化学气相沉积在所述氮化镓外延层上外延生长AlGaN势垒层。[0008]结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述氮源为氨气，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述铝源为三甲基铝。
[0009]结合第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述AlGaN势垒层的生长温度为400℃至1350℃。
[0010]结合第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述在所述势垒层上沉积铝原子，具体包括：
关掉通入所述反应室的氮源和镓源，通过载气在所述反应室通入铝源；其中，所述铝源
为三甲基铝；
通过金属有机化合物化学气相沉积在所述AlGaN势垒层上沉积铝原子。
[0011]结合第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述铝原子的沉积温度为300℃至1600℃。
[0012]结合第一种至第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述载气为氢气或氮气。
[0013]结合第六种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝化层，具体包括：
关闭通入所述反应室的三甲基铝，在所述反应室中通入氢气或氮气，并将所述反应室的温度降至室温；
将所述氮化镓外延片从所述反应室取出，以使得所述氮化镓外延片暴露在空气中，并在空气中氧化形成氧化铝钝化层。
[0014]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实施例通过在氮化镓外延片上生长钝化保护层，能够改善材料的表面态，有效地抑制电流崩塌现象，并且氧化铝钝化保护层通过在空气中自然氧化生成，不需要额外的设备，制备方法简单。
附图说明
[0015]图1是本发明实施例例一提供的氮化镓外延片的钝化方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例二提供的在石墨烯衬底上生长氮化镓外延片的温度曲线图。
具体实施方式
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]实施例一
请参考图1，氮化镓外延片的钝化方法，包括以下步骤：
步骤S101，在衬底上生长氮化镓外延层。
[0018]可选的，步骤S101的具体实现方式为：通过载气向反应室通入镓源和氮源；通过金属有机化合物化学气相沉积在衬底上外延生长氮化镓外延层。
[0019]进一步的，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述氮源为氨气。
[0020]进一步的，所述载气为氢气或氮气。
[0021]在本发明实施例中，衬底包括但不限于蓝宝石衬底、氮化硅衬底和石墨烯衬底。通过金属有机化合物化学气相沉积法（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）在衬底上生长氮化镓外延层。在外延生长氮化镓外延层时，通过氢气或氮气作为载气将三甲基镓或三乙基镓和氨气通入反应室中，三甲基镓或三乙基镓和氨气以热分解方式在衬底上进行气相外延形成氮化镓外延层。其中，外延生长温度为300℃至1600℃，生长压力为10至1000mbar。也可以通过分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和氢化物气相外延（Hydride Vapor Phase Epitaxy，
HVPE）生长氮化镓外延层。
[0022]步骤S102，在所述氮化镓外延层上生长势垒层。
[0023]可选的，所述势垒层为AlGaN势垒层。步骤S102的具体实现方式为：通过载气向反应室通入氮源
、镓源和铝源；通过金属有机化合物化学气相沉积在所述氮化镓外延层上外延生长AlGaN势垒层。
[0024]进一步的，所述氮源为氨气，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述铝源为三甲基铝。
[0025]进一步的，所述AlGaN势垒层的生长温度为400℃至1350℃。
[0026]进一步的，所述载气为氢气或氮气。
[0027]在本发明实施例中，势垒层为AlGaN势垒层。通过MOCVD在氮化镓外延层上生长AlGaN势垒层。在外延生长AlGaN势垒层时，通过氢气或氮气作为载气将氮源氨气，镓源三甲基镓或三乙基镓和铝源三甲基铝通入反应室中，氮源、镓源和铝源以热分解方式在衬底上进行气相外延形成AlGaN势垒层。其中，外延生长温度为400℃至1350℃。也可以通过MBE、CVD和HVPE生长AlGaN势垒层。
[0028]步骤S103，在所述势垒层上沉积铝原子。
[0029]可选的，步骤S103的具体实现方式为：关掉通入所述反应室的氮源和镓源，向所述反应室通入铝源；其中，所述铝源为三甲基铝；在所述势垒层上沉积铝原子。
[0030]进一步的，所述铝原子的沉积温度为300℃至1600℃。
[0031]步骤S104，将所述氮化镓外延片暴露在空气中，以使得所述氮化镓外延片在空气中氧化形成氧化层作为钝化层。
[0032]进一步的，步骤S104的具体实现方式为：关闭通入所述反应室的三甲基铝，在所述反应室中通入氢气或氮气，并将所述反应室的温度降至室温；将所述氮化镓外延片从所述反应室取出，以使得所述氮化镓外延片暴露在空气中，并在空气中氧化形成氧化铝钝化层。[0033]本发明实施例通过在氮化镓外延片上生长钝化保护层，能够改善材料的表面态，有效地抑制电流崩塌现象，并且氧化铝钝化保护层通过在空气中自然氧化生成，不需要额外的设备，制备简单。
[0034]实施例二
请参考图2，图2是本发明实施例二提供的通过MOCVD方法在石墨烯衬底上生长氮化镓外延片的曲线图，首先，在反应室通入氢气，在0s至800s时间段内，将反应室温度升高至1000°C，并在800s至1500s时间段内，保持温度在1000°C，对衬底进行高温烘烤，以去除衬底表面的杂质。在1500s至1800s时间段内，将反应室的温度降低至580°C，并在1800s至2000s 时间段内，保持温度为580°C不变，通过载气向反应室通入镓源和氮源，在衬底上生长低温GaN成核层。在2000s至2500s时间段内，将反应室的温度再次升高至1000°C，并在2500s至5000s时间段内，将反应室的温度控制在1000°C，继续通过载气向反应室通入氮源、镓源，生长高温GaN外延层，之后通过载气向反应室通入氮源、镓源和
铝源，在GaN外延层上生长AlGaN势垒层。关闭氮源、镓源和铝源后，在5000s至5100s时间段内，将反应室温度降低至800°C，并在5100s至5200s时间段内，保持反应室温度不变，通过载气向所述反应室通入铝源，沉积铝原子钝化层，之后降低反应室温度。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
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