[发明专利]通过扩散来在氮化镓材料中形成掺杂区的方法及系统

说明书

一种通过扩散来在氮化镓材料中形成掺杂区的方法，包括：提供包括氮化镓层的衬底结构以及在所述氮化镓层上形成掩模。所述掩模暴露所述氮化镓层的顶表面的一个或多个部分。该方法还包括：在所述氮化镓层的所述顶表面的所述一个或多个部分上沉积含镁氮化镓层，并且在沉积所述含镁氮化镓层的同时，通过使镁穿过所述一个或多个部分扩散到所述氮化镓层中来在所述氮化镓层中形成一个或多个镁掺杂区。所述含镁氮化镓层提供镁掺杂剂源。该方法还包括去除所述含镁氮化镓层以及除所述掩模。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月12日提交的第62/629,588号的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请所公开的内容通过引用以其整体并入本文，以用于所有目的。

发明背景

氮化镓基半导体器件，例如p-n型二极管、p-i-n型二极管、肖特基二极管、高电子迁移率晶体管(HEMT)，可以应用到各种功率系统，例如太阳能逆变器、小型电源(例如功率因数校正电路或PFC)、开关模式电源(SMPS)、电机驱动器、RF功率放大器、固态照明(SSL)、智能电网和汽车电机驱动系统。因此，本领域中需要与形成氮化镓基半导体器件有关的改进的方法和系统。

发明内容

本发明的实施例涉及半导体材料。更具体地，由本发明的实施例提供与将掺杂剂扩散到氮化镓材料中相关的方法和系统。

根据本发明的一个实施例，提供了一种通过扩散来在氮化镓材料中形成掺杂区的方法。该方法包括：提供包括氮化镓层的衬底结构以及在所述氮化镓层上形成掩模。所述掩模暴露所述氮化镓层的顶表面的一个或多个部分。该方法还包括：在所述氮化镓层的所述顶表面的所述一个或多个部分上沉积含镁氮化镓层，并且在沉积所述含镁氮化镓层的同时，通过使镁穿过所述一个或多个部分扩散到所述氮化镓层中来在所述氮化镓层中形成一个或多个镁掺杂区。所述含镁氮化镓层提供镁掺杂剂源。该方法还包括：去除所述含镁氮化镓层以及去除所述掩模。

根据本发明的另一实施例，提供了一种在氮化镓材料中形成掺杂区的方法。该方法包括：提供氮化镓衬底结构。所述氮化镓衬底结构包括：形成在衬底上的缓冲层、形成在所述缓冲层上的第一外延氮化镓层、形成在所述第一外延氮化镓层上的第二外延氮化镓层、以及形成在所述第二外延氮化镓层上的外延氮化铝镓层。该方法还包括：在所述外延氮化铝镓层上形成掩模。所述掩模暴露所述外延氮化铝镓层的顶表面的一个或多个部分。该方法还包括：在所述外延氮化铝镓层的所述顶表面的所述一个或多个部分上沉积含镁氮化镓层，并且在沉积所述含镁氮化镓层的同时，通过使镁穿过所述一个或多个部分扩散到所述外延氮化铝镓层中来在所述外延氮化铝镓层中形成一个或多个镁掺杂区。所述含镁氮化镓层提供镁掺杂剂源。另外，该方法包括：去除所述含镁氮化镓层以及去除所述掩模。

根据本发明的另一实施例，提供了一种通过扩散来在氮化镓材料中形成掺杂区的方法。该方法包括：提供包括氮化镓层的衬底结构；在氮化镓层上形成掩模，所述掩模暴露氮化镓层的顶表面的一个或多个部分；以及在氮化镓层的顶表面的一个或多个部分上沉积含镁氮化镓层。该方法还包括：对所述衬底结构进行退火，以通过使镁穿过所述一个或多个部分扩散到所述氮化镓层中来在所述氮化镓层中形成一个或多个镁掺杂区。所述含镁氮化镓层在所述退火过程中提供镁掺杂剂源。该方法还包括：去除所述含镁氮化镓层以及去除所述掩模。

根据本发明的另一实施例，提供了一种在氮化镓材料中形成掺杂区的方法。该方法包括：提供氮化镓衬底结构。所述氮化镓衬底结构包括：形成在衬底上的缓冲层、形成在缓冲层上的第一外延氮化镓层、形成在第一外延氮化镓层上的第二外延氮化镓层，以及形成在第二外延氮化镓层上的外延氮化铝镓层。该方法还包括：在所述外延氮化铝镓层上形成掩模。所述掩模暴露所述外延氮化铝镓层的顶表面的一个或多个部分。该方法还包括：在所述外延氮化铝镓层的所述顶表面的所述一个或多个部分上沉积含镁氮化镓层，并且对所述氮化镓衬底结构进行退火，以通过使镁穿过所述一个或多个部分扩散到所述外延氮化铝镓层中来在所述外延氮化铝镓层中形成一个或多个镁掺杂区。所述含镁氮化镓层在退火过程中提供镁掺杂剂源。该方法还包括：去除所述含镁氮化镓层以及去除所述掩模。