一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法

2023-06-17 16:57:36 1

一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，應用於對M0CVD機臺在周期設備開反應腔作保養後，開始新一輪的量產之前，通過在機臺恢復生長前，通過在重塗層運行階段的高溫段將很高濃度的Mg流量通入反應室進行預反應，在反應室表面形成Mg的氮化物的沉積，這樣能在隨後的GaN外延生長中，引入與原有背景電子濃度基本一致的背景Mg濃度，中和過高的背景電子濃度，同時不引入其他的背景雜質，從而有效提高GaN外延層的電阻值，提高其電阻特性。
【專利說明】-種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法。

【背景技術】
[0002] 為提高GaN基LED及雷射器件的光電特性及良率，獲得高晶體質量高電阻特性的 GaN外延層薄膜是非常重要的工作。目前產業界大多通過M0CVD的技術生長GaN外延層， 本徵GaN外延層一般都有一定量的背景電子濃度，通常在5E+16到1E+17之間，這些背景 電子濃度會造成本徵GaN外延層實測電阻並不高，且具有一定的導電性，從而造成在其上 生長製備出的LED或是雷射器件，難以獲得較高的光電特性及良率；或是需要其他較為復 雜且實際量產中重複性較差的技術方案來補償獲得較高的光電特性及良率。例如，相當部 分的技術方案幾乎都是改進及引進新的外延層結構，通過各個結構層的不同厚度，摻雜雜 質及摻雜濃度多少的調節，儘可能釋放GaN外延層與襯底間由於晶格不匹配造成的晶格應 力，從而達到獲得較高晶體質量及高電阻特性的GaN外延層。
[0003] 如專利號為200910082891. 9的技術方案，採用A1N預處理層預先處理藍寶石襯 底，再在其上沉積低溫GaN緩衝層，從而達到減少需要被補償的背景電子濃度值，獲得高阻 GaN外延層的目的。另一種典型技術方案為，專利申請號為201080048067. 2的專利，採用超 晶格應變緩衝層，即不同鋁組分的AlGaN第一層與摻Mg的p型GaN層第二層交替的層壓， 形成超晶格結構進而降低GaN層中位錯密度，獲得高晶體質量高阻特性的GaN外延層。
[0004] 上述技術方案中，缺點是重複可靠性不佳,而採用改進外延結構來提高GaN外延 層晶格質量及高阻特性，對技術及設備條件要求均較高，且工藝條件波動大，會隨著機臺持 續量產數量的增多慢慢偏離原有設定，這就必須要求有較高水準的技術人員時刻關注機臺 工藝及硬體設備變化，耗時耗力。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於解決上述的技術問題，提供一種用於提高GaN外延層高電阻特 性的預處理方法。
[0006] 本發明的目的通過以下技術方案來實現： 一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置於M0CVD反應腔內，在石墨盤上 放置用於保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理； 步驟三、TMGa塗層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源，進行 TMGa塗層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在300sccm -900sccm，V/ III比控制在300-3000,持續時間在3-7小時； 步驟四、Mg塗層處理：將溫度繼續下降至700°C _900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/ III比控制在300-30000,持續時間1-5小時； 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
[0007] 本發明的有益效果主要體現在：有效提高GaN外延層的晶體質量和電阻特性的， 同時其效果不會隨著機臺持續量產的數量增加而減弱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明： 圖1 :低電阻本徵GaN SIMS雜質濃度分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0009] 圖2 :高電阻本徵GaN SMS雜質濃度分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0010] 圖3 :低電阻本徵GaN RPM光譜儀分析樣本ESD性能測試圖譜。
[0011] 圖4 :高電阻本徵GaN RPM光譜儀分析樣本ESD性能測試圖譜。

【具體實施方式】
[0012] 本發明揭示了 一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，應用於對 M0CVD機臺在周期設備開反應腔作保養後，由於經保養後，腔體裡面的環境發生變化，直接 開始生產GaN外延層，容易導致前幾次的生長的產品性能不好，故提出了本發明的預處理 方法，本方法是在Heavy Coating run (重塗層運行）階段進行，包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置於M0CVD反應腔內，在石墨盤上 放置用於保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理。
[0013] 步驟三、TMGa塗層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源， 進行TMGa塗層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在 300sccm -900sccm，V/III 比控制在 300-3000,持續時間在 3-7 小時。
[0014] 步驟四、Mg塗層處理：將溫度繼續下降至700°C -900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/III比控制在300-30000,持續時間1-5小時，在反應室表面 形成Mg的氮化物的沉積。
[0015] 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
[0016] 後續根據M0CVD生產方法量產外延層結構，其生長方法與現有技術一致，在此不 再贅述。
[0017] 這樣能在隨後的GaN外延生長中，引入與原有背景電子濃度基本一致的背景Mg濃 度，中和過高的背景電子濃度，同時，不會引入其他的背景雜質，使腔體內的環境與維護前 一致。從而有效提商GaN外延層的電阻值，提商其電阻特性。
[0018] 結合圖說明書附圖，圖1-圖4,分別對採用本發明的方法得到的外延結構及不採 用本方法的外延結構所作出的ESD性能測試，充分的顯示了採用該方法量產的具有高電阻 特性的GaN外延結構能有效提高其外延層抗靜電能力，從而達到獲得高光電特性及良率的 GaN外延結構器件。
[0019] 本發明尚有多種具體的實施方式，凡採用等同替換或者等效變換而形成的所有技 術方案，均落在本發明要求保護的範圍之內。
【權利要求】
1. 一種用於提高GaN外延層高電阻特性的預處理方法，其特徵在於：包括如下步驟： 步驟一、在進行外延層生長之前，將一石墨盤預先放置於MOCVD反應腔內，在石墨盤上 放置用於保護石墨盤晶圓凹槽的藍寶石襯底，升溫； 步驟二、反應腔氮化處理：當反應腔溫度升溫至1200°C -1400°C時，通入N2進行反應腔 的氮化處理； 步驟三、TMGa塗層處理：當溫度下降至900°C -1KKTC之間，通入TMGa反應源，進行 TMGa塗層處理，反應室壓力控制在200Torr -500Torr，通入TMGa反應源的流量在300sccm -900sccm，V/ III比控制在300-3000,持續時間在3-7小時； 步驟四、Mg塗層處理：將溫度繼續下降至700°C _900°C之間，反應室壓力控制在 200Torr到500Torr之間，控制通入TMGa反應源流量在lOsccm -500sccm，通入Cp2Mg流量 在500sccm-2000sccm之間，V/ III比控制在300-30000,持續時間1-5小時； 步驟五、冷卻降溫，取出石墨盤上的藍寶石襯底，即完成整個預處理過程。
【文檔編號】H01L21/336GK104217958SQ201310492185
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】南琦, 吳嶽, 傅華, 王輝, 潘磊, 蔡金 申請人:蘇州新納晶光電有限公司