复合衬底及其制备方法
阅读说明：本技术 复合衬底及其制备方法 (Composite substrate and method for manufacturing same ) 是由 徐琳 金超 赵毛毛 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种复合衬底及其制备方法,包括：III-V族衬底,所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面；欧姆接触层,所述欧姆接触层位于所述III-V族衬底的V族极性面上。制备方法包括：提供一III-V族衬底,所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面；在所述III-V族衬底的V族极性面上形成欧姆接触层。本发明提供的另一种制备方法包括：提供一支撑衬底；在所述支撑衬底的表面形成欧姆接触层；在所述欧姆接触层表面形成III-V族衬底,所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面,且所述V族极性面与所述欧姆接触层直接接触；去除所述支撑衬底。本发明通过设置欧姆接触层,提高了复合衬底的载流子浓度,降低了接触电阻,提高了欧姆接触的热稳定性以及器件的性能。(The invention provides a composite substrate and a preparation method thereof, comprising the following steps: a III-V substrate having a III-polar face and a V-polar face; an ohmic contact layer on a group V polar face of the III-V substrate. The preparation method comprises the following steps: providing a III-V substrate, wherein the III-V substrate is provided with a III-V polar plane and a V-V polar plane; and forming an ohmic contact layer on the V-group polar surface of the III-V substrate. The invention provides another preparation method which comprises the following steps: providing a support substrate; forming an ohmic contact layer on the surface of the support substrate; forming a III-V group substrate on the surface of the ohmic contact layer, wherein the III-V group substrate is provided with a III group polar surface and a V group polar surface, and the V group polar surface is in direct contact with the ohmic contact layer; and removing the supporting substrate. By arranging the ohmic contact layer, the carrier concentration of the composite substrate is improved, the contact resistance is reduced, and the thermal stability of ohmic contact and the performance of a device are improved.)
技术领域
本发明涉半导体领域，尤其涉及一种复合衬底及其制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)是直接带隙半导体材料，它具有禁带宽度大、击穿电场强、化学稳定性好等优点，是制备GaN基光电子、微电子器件的理想衬底材料。目前，Ga极性的GaN基器件取得了快速的发展，在半导体照明、激光显示、电力电子以及微波射频领域得到了广泛的应用。
N极性面的欧姆接触是GaN基器件的重要问题，主要因为：(1)近年来GaN基垂直结构器件得到了广泛的关注，因为垂直结构器件能够避免常规平面器件面临的边缘电场集中等问题，减弱表面态对器件性能的影响，是GaN基器件发展的重要方向。垂直结构器件的一个电极必须制备在氮化镓单晶衬底的N极性面上。(2)N极性GaN与Ga极性GaN相比具有不同的极性、表面悬挂键和表面重构方式，能够实现很多新型的器件结构，并获得Ga极性器件所不具备的性能。N极性高电子迁移率晶体管(HEMT)器件能够减弱短沟道效应，提高器件的高频特性。N极性材料生长过程中In、Al等杂质的掺入效率更高，更容易调控GaN基三元、四元化合物的组分。在太阳能电池中，N极性器件内部的极化电场能够促进光生电子和空穴的分离，提高太阳能电池的效率。N极性器件的一个电极也必须要制备在氮化镓单晶衬底的N极性面上。
但N极性面欧姆接触面临接触电阻高、热稳定性差等问题，一般N极性面上的欧姆接触在300度以上的高温下退火即会恶化甚至失效。这主要是因为在界面处电极材料中的Al容易扩散进入GaN形成AlN，进而在界面附近由于压电极化效应形成二维空穴气，导致欧姆特性变差。而器件在制备过程中经常会用到高温工艺，比如退火、打线等工艺，因此一定要提高N极性面欧姆接触的热稳定性才能避免高温导致的器件性能下降等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决GaN基器件N极性面面临的欧姆接触差的问题，提高N极性面欧姆接触的热稳定性，降低接触电阻，有效地抑制界面形成二维空穴气，提高器件的可靠性，提供一种复合衬底及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种复合衬底，包括：III-V族衬底，所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面；欧姆接触层，所述欧姆接触层位于所述III-V族衬底的V族极性面上。
为了解决上述问题，本发明提供了一种复合衬底的制备方法，包括：提供一III-V族衬底，所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面；在所述III-V族衬底的V族极性面上形成欧姆接触层。
本发明提供了另一种复合衬底的制备方法，包括：提供一支撑衬底；在所述支撑衬底的表面形成欧姆接触层；在所述欧姆接触层表面形成III-V族衬底，所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面，且所述V族极性面与所述欧姆接触层直接接触；去除所述支撑衬底。
本发明还提供了另一种复合衬底的制备方法，包括：提供一欧姆接触层，所述欧姆接触层采用III-V族材料，具有III族极性面和V族极性面；在所述欧姆接触层的III族极性面上形成III-V族衬底。
本发明通过在III-V族衬底的V族极性面上形成欧姆接触层，提高了复合衬底的载流子浓度，降低了接触电阻，有效缓解了GaN衬底的N极性面欧姆接触差的问题，提高了欧姆接触的热稳定性以及器件的性能。
附图说明
附图1所示是本发明一
具体实施方式
所述示意图。
附图2A-2B所示是附图1中步骤S10-S11工艺示意图。
附图3所示是本发明一具体实施方式所述示意图。
附图4A-4D所示是附图3中步骤S30-S33工艺示意图。
附图5所示是本发明一具体实施方式所述示意图。
附图6A-6B所示是附图5中步骤S50-S51工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的复合衬底及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明一具体实施方式所述示意图，包括：步骤S10，提供一III-V族衬底，所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面；步骤S11，在所述III-V族衬底的V族极性面上形成欧姆接触层。
附图2A-2B所示是附图1中步骤S10-S11工艺示意图。
附图2A，参考步骤S10，提供一III-V族衬底201，所述III-V族衬底201具有III族极性面和V族极性面。在本发明的一具体实施方式中，所述III-V族衬底201采用非掺杂GaN材料或半绝缘GaN材料，厚度为1μm-1000μm。
附图2B，参考步骤S11，在所述III-V族衬底201的V族极性面上形成欧姆接触层202。在本发明的一具体实施方式中，所述欧姆接触层202采用高载流子浓度GaN材料，厚度为10nm-1000μm。所述高载流子浓度GaN材料即为掺杂Si、Ge、O等浅能级施主杂质，且载流子浓度高于1×1019cm-3的GaN材料。在本具体实施方式中，所述欧姆接触层202为1μm的高载流子浓度GaN材料层，且载流子浓度高于1×1019cm-3，采用金属有机物化学气相沉积的方法形成。在本发明其他具体实施方式中，所述形成欧姆接触层202的方法可以选自氢化物气相外延、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、氨热法、Na助熔剂法其中的一种或几种方法的组合。
所述III-V族衬底201和欧姆接触层202的材料分别采用二元III-V族半导体材料、多个III族元素和多个V族元素形成的三元、四元及多元III-V族半导体材料，如GaN，AlN，InN，GaAs，InP等材料，或者不同禁带宽度的由III族元素和V族元素形成的二元、三元及多元III-V族半导体材料。且所述III-V族衬底201和欧姆接触层202的材料可采用相同的III-V族化合物，亦可采用不同的III-V族化合物。
上述技术方案完成后，即得到附图2B所示的复合衬底，包括：III-V族衬底201，所述III-V族衬底201具有III族极性面和V族极性面；欧姆接触层202，所述欧姆接触层202位于所述III-V族衬底201的V族极性面上。在本发明的一具体实施方式中，所述III-V族衬底201采用非掺杂GaN材料或半绝缘GaN材料，厚度为1μm-1000μm。所述欧姆接触层202采用高载流子浓度GaN材料，厚度为10nm-1000μm。所述高载流子浓度GaN材料即为掺杂Si、Ge、O等浅能级施主杂质，且载流子浓度高于1×1019cm-3的GaN材料。当退火温度不超过临界温度时，相同退火温度下载流子浓度越高接触电阻越低。由于欧姆接触层202中的载流子浓度较高，大量电子会中和界面附近的二维空穴气，降低欧姆接触的接触电阻，提高欧姆接触的热稳定性。
所述III-V族衬底201和欧姆接触层202的材料分别采用二元III-V族半导体材料、多个III族元素和多个V族元素形成的三元、四元及多元III-V族半导体材料，如GaN，AlN，InN，GaAs，InP等材料，或者不同禁带宽度的由III族元素和V族元素形成的二元、三元及多元III-V族半导体材料。且所述III-V族衬底201和欧姆接触层202的材料可采用相同的III-V族化合物，亦可采用不同的III-V族化合物。
禁带宽度较大的半导体材料由于跃迁能量较大，具有击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、以及良好的化学稳定性等特点，适用于制作高频、大功率和高密度集成的电子器件，具有很好的耐高温高压性能和抗辐射性能。而通过调节禁带宽度，采用禁带宽度不同的半导体组成异质结，可以制作高电子迁移率晶体管(HEMT)，由于采用了异质结及其中的具有很高迁移率的二维电子气来工作，这种器件及其集成电路都能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域。
附图3所示是本发明另一具体实施方式所述示意图，包括：步骤S30，提供一支撑衬底；步骤S31，在所述支撑衬底的表面形成欧姆接触层；步骤S32，在所述欧姆接触层表面形成III-V族衬底，所述III-V族衬底具有III族极性面和V族极性面，且所述V族极性面与所述欧姆接触层直接接触；步骤S33，去除所述支撑衬底。
附图4A-4D所示是附图3中步骤S30-S33工艺示意图。
附图4A，参考步骤S30，提供一支撑衬底40。在本发明的一具体实施方式中，所述支撑衬底包含GaN单晶衬底、蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底等衬底材料。
附图4B，参考步骤S31，在所述支撑衬底40的表面形成欧姆接触层402。在本发明的一具体实施方式中，所述欧姆接触层402采用高载流子浓度GaN材料，厚度为10nm-1000μm。所述高载流子浓度GaN材料即为掺杂Si、Ge、O等浅能级施主杂质，且载流子浓度高于1×1019cm-3的GaN材料。在本具体实施方式中，所述欧姆接触层402为10μm的高载流子浓度GaN材料层，且载流子浓度高于1×1019cm-3，采用氢化物气相外延的方法形成。在本发明其他具体实施方式中，所述形成欧姆接触层402的方法可以选自氢化物气相外延、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、氨热法、Na助熔剂法其中的一种或几种方法的组合。
附图4C，参考步骤S32，在所述欧姆接触层402表面形成III-V族衬底401，所述III-V族衬底401具有III族极性面和V族极性面，且所述V族极性面与所述欧姆接触层402直接接触。在本发明的一具体实施方式中，所述III-V族衬底401采用非掺杂GaN材料，厚度为1μm-1000μm。在本具体实施方式中，所述III-V族衬底401为300μm的非掺杂GaN材料层，采用氢化物气相外延的方法形成。在本发明其他具体实施方式中，所述形成III-V族衬底401的方法选自氢化物气相外延、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、氨热法、Na助熔剂法其中的一种或几种方法的组合。
附图4D，参考步骤S33，去除所述支撑衬底40。在本发明的一具体实施方式中，去除所述支撑衬底采用激光剥离或研磨的方法。
上述技术方案完成后，即得到附图4D所示的复合衬底，包括：III-V族衬底401，所述III-V族衬底401具有III族极性面和V族极性面；欧姆接触层402，所述欧姆接触层402位于所述III-V族衬底401的V族极性面上。在本发明的一具体实施方式中，所述III-V族衬底401采用非掺杂GaN材料或半绝缘GaN材料，厚度为1μm-1000μm。所述欧姆接触层402采用高载流子浓度GaN材料，厚度为10nm-1000μm。所述高载流子浓度GaN材料即为掺杂Si、Ge、O等浅能级施主杂质，且载流子浓度高于1×1019cm-3的GaN材料。当退火温度不超过临界温度时，相同退火温度下载流子浓度越高接触电阻越低。由于欧姆接触层402中的载流子浓度较高，大量电子会中和界面附近的二维空穴气，降低欧姆接触的接触电阻，提高欧姆接触的热稳定性。
所述III-V族衬底401和欧姆接触层402的材料分别采用二元III-V族半导体材料、多个III族元素和多个V族元素形成的三元、四元及多元III-V族半导体材料，如GaN，AlN，InN，GaAs，InP等材料，或者不同禁带宽度的由III族元素和V族元素形成的二元、三元及多元III-V族半导体材料。且所述III-V族衬底401和欧姆接触层402的材料可采用相同的III-V族化合物，亦可采用不同的III-V族化合物。
附图5所示是本发明另一具体实施方式所述示意图，包括：步骤S50，提供一欧姆接触层，所述欧姆接触层采用III-V族材料，具有III族极性面和V族极性面；步骤S51，在所述欧姆接触层的III族极性面上形成III-V族衬底。
附图6A-6B所示是附图5中步骤S50-S51工艺示意图。
附图6A，参考步骤S50，提供一欧姆接触层602，所述欧姆接触层602采用III-V族材料，具有III族极性面和V族极性面。在本发明的一具体实施方式中，所述欧姆接触层602采用高电导率GaN单晶材料，厚度为1μm-1000μm。在本具体实施方式中，所述欧姆接触层602，其载流子浓度高于1×1018cm-3，所述高电导率GaN单晶材料的电导率高于5×103S/m。
附图6B，参考步骤S51，在所述欧姆接触层602的III族极性面上形成III-V族衬底601。即所述欧姆接触层602位于所述III-V族衬底601的V族极性面上。在本发明的一具体实施方式中，所述III-V族衬底601采用低杂质浓度外延层，厚度为1μm-1000μm，载流子浓度低于1×1017cm-3。在本具体实施方式中，所述低杂质浓度外延层采用低杂质浓度GaN材料。所述形成III-V族衬底601的方法选自氢化物气相外延、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、氨热法、Na助熔剂法其中的一种或几种方法的组合。
上述技术方案完成后，即得到附图6B所示的复合衬底，包括：III-V族衬底601，所述III-V族衬底601具有III族极性面和V族极性面；欧姆接触层602，所述欧姆接触层602位于所述III-V族衬底601的V族极性面上。在本发明的一具体实施方式中，所述欧姆接触层602采用III-V族材料，具有III族极性面和V族极性面。在本发明的一具体实施方式中，所述欧姆接触层602采用高电导率GaN单晶材料，厚度为1μm-1000μm。在本具体实施方式中，所述欧姆接触层602，其载流子浓度高于1×1018cm-3，所述高电导率GaN单晶材料的电导率高于5×103S/m。所述III-V族衬底601采用低杂质浓度外延层，厚度为1μm-1000μm，载流子浓度低于1×1017cm-3。在本具体实施方式中，所述低杂质浓度外延层采用低杂质浓度GaN材料。当退火温度不超过临界温度时，相同退火温度下载流子浓度越高接触电阻越低。由于欧姆接触层602中的载流子浓度较高，大量电子会中和界面附近的二维空穴气，降低欧姆接触的接触电阻，提高欧姆接触的热稳定性。
上述技术方案通过在III-V族衬底的V族极性面上形成欧姆接触层，提高了复合衬底的载流子浓度，降低了接触电阻，有效缓解了GaN衬底的N极性面欧姆接触差的问题，提高了欧姆接触的热稳定性以及器件的性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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