[发明专利]P型III族氮化物外延结构、制备方法及半导体器件

说明书

本发明公开了一种P型III族氮化物外延结构、制备方法及半导体器件，所述方法包括以下步骤：在包括衬底的基础结构上生长未掺杂III族氮化物层；在未掺杂III族氮化物层上生长P型掺杂III族氮化物层；其中，所述P型掺杂III族氮化物层呈周期性生长，其每个周期生长前单独通入一时间段III族金属源，生长时，保持所述III族金属源持续通入，同时通入氮源和p型掺杂源；在氮气和氧气气氛中进行退火后进行等离子体处理；其中，氧气的通入量小于氮气的通入量。本发明有效提高P型III族氮化物外延层载流子浓度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种P型III族氮化物外延结构、制备方法及半导体器件。

背景技术

近几年随着薄膜制备技术的发展，氮化镓（GaN）基Ⅲ-Ⅴ族半导体材料因其宽禁带特性在户外大屏显示、激光器（LDs）及高频通讯领域的应用越来越受到人们的关注。高质量的p型III族氮化物一直成为研究热点之一，p型III族氮化物材料由于存在受主杂质的钝化效应与自补偿效应，载流子浓度很低，导致p型III族氮化物材料的导电性很差，严重制约了氮化物材料及器件的应用与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种P型III族氮化物外延结构、制备方法及半导体器件，提高其载流子浓度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种P型III族氮化物外延结构制备方法，包括以下步骤：

在包括衬底的基础结构上生长未掺杂III族氮化物层；

在未掺杂III族氮化物层上生长P型掺杂III族氮化物层；其中，所述P型掺杂III族氮化物层呈周期性生长，其每个周期生长前单独通入一时间段III族金属源，生长时，保持所述III族金属源持续通入，同时通入氮源和p型掺杂源；

在形成预定厚度的所述P型掺杂III氮化物层之后，在氮气和氧气气氛中对所述P型掺杂III氮化物层进行退火；其中，氧气的通入量小于氮气的通入量；

退火后，对所述P型掺杂III氮化物层进行等离子体处理。

作为本发明的进一步改进，生长P型掺杂III族氮化物层包括以下步骤：

S21、单独通入第一时长III族金属源；

S22、保持III族金属源通入，同时通入氮源和p型掺杂源，在未掺杂III族氮化物层上生长P型掺杂III族氮化物；

S23、关闭氮源和p型掺杂源，单独通入第二时长III族金属源，其中，第一时长大于第二时长；

S24、重复步骤S22-S23多次，形成预定厚度的P型掺杂III族氮化物层。

作为本发明的进一步改进，生长P型掺杂III族氮化物层的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为200-350torr；通入III族金属源的流量为150-200sccm，氮源的流量为150-300sccm，p型掺杂源的流量为60-100sccm；第一时长为10-25s，第二时长为3-5s；P型掺杂III族氮化物单次生长厚度为2-5nm，重复50-100个周期，所述预定厚度P型掺杂III族氮化物层的厚度为100-300nm。

作为本发明的进一步改进，将形成的P型掺杂III族氮化物层在氮气和氧气气氛中进行退火，退火温度为600-800℃，退火时间为30s-10min，通入的氮气和氧气的摩尔比为15-20:1。

作为本发明的进一步改进，等离子体处理的等离子体源的功率为100-150W，偏压功率为50-80W，刻蚀腔室的压力为2-10mTorr，气体流量为10-30sccm，刻蚀时间为5-10s。

作为本发明的进一步改进，生长所述未掺杂III族氮化物层时，同时通入III族金属源和氮源，生长温度为900-1200℃，生长厚度为0.5-1.2μm。