[发明专利]P型氮化物外延结构的制备方法、外延结构及半导体器件

说明书

本发明公开了一种P型氮化物外延结构的制备方法、外延结构及半导体器件，所述方法包括以下步骤：提供衬底；在衬底上依次生长U型氮化物层、轻掺P型氮化物层和采用delta掺杂法生长的高掺P型氮化物层；在腔内进行退火；其中，所述高掺P型氮化物层呈周期性生长，其每个周期生长包括以下步骤：通入N源和三族金属源，并加入表面活化剂，形成非掺氮化物层；切断三族金属源和表面活化剂，进行N源吹扫；通入掺杂源，所述掺杂源的掺杂元素包括Mg和Cu，Mg元素为主要掺杂元素，Cu元素为辅助掺杂元素。本发明提高P型氮化物载流子浓度的同时具有较好的晶体质量和外延表面质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种P型氮化物外延结构的制备方 法、外延结构及半导体器件。

背景技术

生长高质量P型GaN一直是半导体技术领域难题，尤其是生长载流子浓度 大于1E18cm^-3的P型GaN，传统方法通过增加Mg浓度提升p型GaN载流子 浓度时，对应的p型GaN外延表面质量和晶体质量反而变的很差，产生Mg锥 及雾片情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种P型氮化物外延结构的制备方法、外延结构及半 导体器件，提高其载流子浓度的同时具有较好的晶体质量和外延表面质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种P型氮化物外延结构的制备方 法，包括以下步骤：

提供衬底；

在衬底上依次生长U型氮化物层、轻掺P型氮化物层和采用delta掺杂法 生长的高掺P型氮化物层；

在腔内进行退火；

其中，所述高掺P型氮化物层呈周期性生长，其每个周期生长包括以下步 骤：

通入N源和三族金属源，并加入表面活化剂，形成非掺氮化物层；

切断三族金属源和表面活化剂，进行N源吹扫；

通入掺杂源，所述掺杂源的掺杂元素包括Mg和Cu，Mg元素为主要掺杂 元素，Cu元素为辅助掺杂元素。

作为本发明的进一步改进，所述U型氮化物层的生长包括步骤：在所述衬 底上依次生长非掺氮化物缓冲层和非掺氮化物底层，其中，所述非掺氮化物缓 冲层的生长厚度小于所述非掺氮化物底层的生长厚度。

作为本发明的进一步改进，所述轻掺P型氮化物层的生长压力小于高掺P 型氮化物层，其生长厚度大于高掺P型氮化物层，所述轻掺P型氮化物层中 Mg掺杂浓度为所述高掺P型氮化物层中Mg掺杂浓度的三分之一。

作为本发明的进一步改进，所述非掺氮化物缓冲层的生长厚度为20-50nm， 所述非掺氮化物底层的生长厚度为2-5μm；所述轻掺P型氮化物层的生长压力 为100-200Torr，其生长厚度为2-5μm；所述高掺P型氮化物层的生长厚度为 0.5-2μm，生长压力为400-600Torr，生长温度为1000-1100℃，生长周期为200-300 个。

作为本发明的进一步改进，N源吹扫时间小于通入掺杂源时间，通入掺杂 源时间小于通入三族金属源时间。

作为本发明的进一步改进，加入表面活化剂的摩尔量小于通入所述三族金 属源的摩尔量；通入掺杂源中Cu的掺杂浓度小于Mg的掺杂浓度。

作为本发明的进一步改进，所述表面活化剂为In，所述三族金属源和表面 活化剂通入的摩尔比为5％-30％；通入三族金属源和加入表面活化剂的时间为 10-30秒，N源吹扫时间为2-5秒，通入掺杂源时间为5-10秒；所述掺杂源掺 入Mg的掺杂浓度为1E20cm^-3-3E20cm^-3，且其掺入的Cu与Mg的比例为 1:500-1:1200。