[发明专利]用于GaN膜中掺杂剂物质的电活化的方法

说明书

本发明提供了一种用于GaN膜中掺杂剂物质的电活化的方法。该方法包括以下步骤：a)提供包括支撑衬底(2)和含有掺杂剂物质的GaN膜(3)的叠层，b)将厚度大于2微米的屏蔽层(6)直接粘结至所述GaN膜(3)的表面，从而形成活化结构(7)，和c)根据使得电活化至少一部分所述掺杂剂物质的条件，向所述活化结构(7)应用热预算。

技术领域

本发明涉及用于GaN膜中掺杂剂物质(dopant species)的电活化的方法。

背景技术

GaN是具有大带隙的半导体材料。因此，它有利地在光电子学(LED)和高电子迁移率晶体管(HEMT)领域中使用。它的带隙值(3.43eV至300K)，它的高临界磁场(3.3.10⁶V.cm^-1)及其电子的高迁移率(3.10⁷cm.s^-1)使得GaN成为很有可能在大功率微电子学中的应用的材料。然而，仍必须控制制备所述材料的一些关键步骤，如通过注入掺杂。事实上，GaN是对在高温下进行的热处理敏感的材料，诸如需要电活化注入的掺杂剂的那些。具体地，这种热不稳定性涉及以下事实：氮分子从GaN蒸发并导致所述材料从约850℃开始分解。

但是掺杂剂，诸如Mg、Zn、Ca(p型掺杂剂)或者Si、Ge、O(n型掺杂剂)的活化需要在高于1000℃的温度下应用热处理。于是，提议在GaN层的表面上沉积保护层(盖层)以避免氮的蒸发。这些保护层一般由SiO₂、Si₃N₄或由AlN组成并通过技术沉积至厚度在几纳米至约1微米的范围内，所述技术如通过PVD(物理气相沉积)、PEVCD(等离子体增强化学气相沉积)的沉积，通过喷雾，通过脉冲激光器(PLD)或者具体地就AlN来说通过外延生长。但是这些保护层尚未获得完全令人满意的结果。热处理超过一定温度和/或一定时间段，则所述保护层变差或与GaN层分层。这主要是由于GaN和沉积材料之间晶格参数的差异以及由于GaN的分解和在低温(通常低于800℃)下沉积的保护层较差的质量所引起的氮释放的差异所造成的。此外，由于氮蒸发，所得的GaN表面通常是非常粗糙的。为了最大程度减少这些缺点的出现，降低了活化热处理的时间段或温度，从而限制了掺杂剂的电活化。

发明内容

因此，需要提供克服至少一种上述缺点的被构造成用于活化GaN中掺杂剂物质的方法。为此，本发明提出了一种用于电活化GaN膜中掺杂剂物质的方法，包括以下步骤：

a)提供包含支撑衬底和含有掺杂剂物质的GaN膜的叠层(叠层)，

b)通过直接粘结将厚度大于2微米的屏蔽层粘结至所述GaN膜的表面上，从而形成活化结构，和

c)根据允许电活化至少一部分所述掺杂剂物质的条件，向所述活化结构施加热预算。

在本发明中，“直接粘结”的表达是指直接粘结而不插入粘合剂材料、粘结剂或胶。但是，在本发明中，“直接粘结”有时是指“通过分子附着的粘结”或者“分子结合”是通过屏蔽层和GaN膜的直接接触或间接接触产生的。事实上，可以插入一个或多个其它分隔层(分离层)，如有利于屏蔽层和GaN膜之间粘结的粘结层。

“电活化至少一部分掺杂剂物质”表示将至少一部分掺杂剂物质定位在GaN晶体的镓位点(置换位点(取代位点))。活化掺杂剂物质的比率可以是剧烈变化的以观察在所述材料中显著的作用。因此，就Mg注入来说，活化1％至20％的注入物质是足够的(通常，约1％至5％)。对于硅掺杂剂，活化至少90％注入的硅将是必需的。如果在GaN膜外延生长期间进行掺杂(并且不是通过后续注入获得的掺杂)，则可以活化100％的掺杂剂物质。