一种用于制备GaN基电子器件的方法与流程

技术特征：
1.一种用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于包括：对高阻衬底表面进行掺杂处理，至少使所述高阻衬底表面的空位、间隙位、替代位中的任一者或多者为掺杂离子和/或掺杂原子所占据，从而至少能够阻止外部的al原子和/或ga原子向所述高阻衬底内扩散或抑制寄生导电，之后在所述高阻衬底表面生长含al原子和/或ga原子的外延结构，并基于所述外延结构制作gan基电子器件。2.根据权利要求1所述用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于包括：至少采用离子注入、热扩散或外延生长方式对所述高阻衬底表面进行掺杂处理，并将掺杂离子和/或掺杂原子激活，以使所述掺杂离子和/或掺杂原子至少占据所述高阻衬底表面的空位、间隙位、替代位中的任一者或多者。3.根据权利要求2所述用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于包括：在完成所述的掺杂处理后，利用快速退火工艺将所述掺杂离子和/或掺杂原子激活，再在所述高阻衬底表面生长所述外延结构；或者，在完成所述的掺杂处理后，在所述高阻衬底表面生长所述外延结构，并在相应的外延生长过程中使所述掺杂离子和/或掺杂原子激活。4.根据权利要求1所述用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于包括：至少采用mocvd、mbe中的任一种方式生长所述外延结构。5.根据权利要求1所述用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于：所述掺杂处理中采用的掺杂元素包括iii族、v族、iv族及其它族元素中的任一种或多种的组合；优选的，所述iii族元素包括硼；优选的，所述v族元素包括磷；优选的，所述iv族元素包括硅或碳；所述其它族元素包括氢、氦、氧、氮、锂、铍中的任一种或多种的组合；和/或，所述高阻衬底包括高阻si衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、高阻氮化镓衬底、高阻氮化铝衬底、soi衬底中的任一种或多种的组合；和/或，所述外延结构包括主要由第一半导体与第二半导体组成的异质结，所述第一半导体包括gan，所述第二半导体包括algan、alingan或aln。6.根据权利要求2所述用于制备gan基电子器件的方法，其特征在于包括：采用硼离子或磷离子注入方式对高阻si衬底表面进行掺杂处理，注入能量为1kev～1mev，注入剂量为1
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/cm2,之后采用快速退火工艺使注入的硼离子或磷离子激活，其中采用的退火温度为700～1000℃，退火时间为30s～30min，退火气氛包括氮气气氛或惰性气氛。7.由权利要求1-6中任一项所述方法制备形成的gan基电子器件；优选的，所述gan基电子器件包括gan基射频微波器件。8.根据权利要求7所述的gan基电子器件，其特征在于：所述电子器件的外延结构包括依次生长于高阻衬底表面的aln成核层、应力控制层、gan缓冲层、gan沟道层、aln插入层、al
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ga
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n势垒层、gan帽层，其中0.25≤x<1；优选的，所述aln成核层的厚度为10-1000nm；优选的，所述应力控制层的厚度为100-1500nm；优选的，所述gan缓冲层的厚度为0.1-5μm；优选的，所述gan沟道层的厚度为50-200nm；优选的，所述aln插入层的厚度为0.5-1.5nm；优选的，所述al
x
ga
1-x
n势垒层的厚度为5-25nm；优选的，所述gan帽层的厚度为1-50nm；优选的，所述应力控制层包括渐变al组分应力控制层或超晶格应力调控层；优选的，所述gan帽层上还形成有原位钝化层，所述原位钝化层的材质包括氮化硅。9.一种改善gan基射频微波器件性能的方法，其特征在于包括：对用于制作所述器件的高阻衬底表面进行掺杂处理，并将掺杂离子和/或掺杂原子激活，使所述掺杂离子和/或掺
杂原子至少占据所述高阻衬底表面的空位、间隙位或替代位，以使所述高阻衬底表面为p型、n型或保持高阻特性，并至少能够阻止所述器件的外延结构中的al原子和/或ga原子向所述高阻衬底内扩散或抑制寄生导电。10.根据权利要求9所述改善gan基射频微波器件性能的方法，其特征在于包括：至少采用离子注入、热扩散或外延生长方式对所述高阻衬底表面进行掺杂处理，并将掺杂元素激活；所述掺杂处理中采用的掺杂元素包括iii族、v族、iv族及其它族元素中的任一种或多种的组合。11.根据权利要求10所述改善gan基射频微波器件性能的方法，其特征在于：所述iii族元素包括硼；或者，所述v族元素包括磷；或者，所述iv族元素包括硅或碳；所述其它族元素包括氢、氦、氧、氮、锂、铍中的任一种或多种的组合；和/或，所述高阻衬底包括高阻si衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、高阻氮化镓衬底、高阻氮化铝衬底、soi衬底中的任一种或多种的组合；和/或，所述外延结构包括主要由第一半导体与第二半导体组成的异质结，所述第一半导体包括gan，所述第二半导体包括algan、alingan或aln。12.根据权利要求11所述改善gan基射频微波器件性能的方法，其特征在于包括：采用硼离子或磷离子注入方式对高阻si衬底表面进行掺杂处理，注入能量为1kev～1mev，注入剂量为1
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/cm2,之后采用快速退火工艺使注入的硼离子或磷离子激活，其中采用的退火温度为700～1000℃，退火时间为30s～30min，退火气氛包括氮气气氛或惰性气氛。

技术总结
本发明公开了一种用于制备GaN基电子器件的方法，包括：对高阻衬底表面进行掺杂处理，使所述高阻衬底表面的空位、间隙位、替代位中的任一者或多者为掺杂离子和/或掺杂原子所占据，从而能够阻止外部的Al原子和/或Ga原子向所述高阻衬底内扩散或利用补偿机制抑制寄生导电，之后在所述高阻衬底表面生长含Al原子和/或Ga原子的外延结构，并基于所述外延结构制作GaN基电子器件。本发明还公开了利用所述方法制备的GaN基电子器件。本发明的GaN基电子器件制作方法简单而有效，既可以保证外延层晶体质量，还避免了二次外延界面杂质沾污、生产效率低等问题，因此能够制造兼具低射频损耗、高性能的GaN基射频微波器件外延片。高性能的GaN基射频微波器件外延片。高性能的GaN基射频微波器件外延片。


技术研发人员：孙钱 周宇 刘建勋 孙秀建 詹晓宁 高宏伟 钟耀宗
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：2020.07.01
技术公布日：2022/1/3