[发明专利]用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法

说明书

本发明涉及一种用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法。该方法在生长AlN形核层之前通过低温预通Ga源‑高温挥发的循环工艺去除SiC衬底表面的氧化层，以能够有效减少AlN和SiC衬底界面附近外延层中氧杂质浓度，提高GaN外延层的结晶质量，并防止氧原子向GaN外延层扩散，提高GaN外延层的电阻率。

技术领域

本发明涉及电子器件制备技术领域，特别是涉及一种用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法。

背景技术

目前SiC衬底上制作的GaN微波功率器件已广泛应用于雷达T/R模块，5G基站等应用领域。微波功率器件要求GaN缓冲层需满足一定的绝缘特性，而SiC衬底表面容易形成一层纳米级厚度的氧化层，在不采取有效的表面除氧措施的情况下进行外延生长时，表面氧化物中的氧原子会扩散至GaN缓冲层内，在GaN材料中形成浅施主能级，导致材料电阻率的降低，影响器件的射频放大特性；另外，表面氧化物还会增大AlN形核层的晶格失配，导致形核层位错密度增大，进而降低整个外延层的结晶质量。然而该氧化层在SiC衬底暴露于空气中时极容易生成，因此需要在反应室内完成衬底表面的除氧步骤。传统的工艺是在高温下通入大量H₂，通过H₂的还原性来达到表面除氧的目的，但由于H₂的还原能力较弱，需要在1300℃以上时才能较彻底的去除表面氧化物，这一温度条件对于普通MOCVD设备而言过于苛刻，无法作为正常工艺条件大量应用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于半绝缘GaN外延层生长的SiC衬底表面处理方法，包括：

选取SiC单晶衬底，并在反应室中对所述SiC单晶衬底进行表面沾污去除处理；

设定反应室的压力至第一压力，设定反应室的温度至第一温度，通入Ga源，直至通入Ga源的时间达到第一预设时长后，关闭Ga源并进行保温处理；

保持反应室的压力不变，将所述反应室的温度升高至第二温度后进行保温处理；

返回执行“设定反应室的压力至第一压力，设定反应室的温度至第一温度，通入Ga源，直至通入Ga源的时间达到第一预设时长后，关闭Ga源并进行保温处理”，直至达到预设循环次数；

设定反应室的压力为第二压力，将所述反应室的温度升高至第三温度后，通入Al源和NH₃，生长AlN形核层，直至AlN形核层的厚度达到第一预设厚度时，关闭Al源；

保持NH₃氛围不变，设定反应室的压力为第三压力，降低反应室的温度至第四温度，通入Ga源，生长GaN缓冲层，直至GaN缓冲层的厚度达到第二预设厚度时，关闭Ga源；

保持NH₃氛围不变，设定所述反应室的压力为第四压力，所述反应室的温度保持所述第四温度，通入AlN源，生长AlN插入层，直至AlN插入层的厚度达到第三预设厚度时，关闭AlN源；

保持NH₃氛围不变，设定所述反应室的压力保持第四压力，所述反应室的温度保持所述第四温度，通入Al源和Ga源，生长AlGaN势垒层，直至所述AlGaN势垒层中的Al组分达到预设范围，所述AlGaN势垒层的厚度达到第四预设厚度时，关闭Al源，继续通入Ga源生长GaN帽层，直至GaN帽层的厚度达到第五预设厚度时，关闭Ga源，结束外延生长过程；

在NH₃氛围中对所述反应室进行降温处理得到外延片。

优选地，所述选取SiC单晶衬底，并在反应室中对所述SiC单晶衬底进行表面沾污去除处理，具体包括：