專利名稱：在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體領域的異質結構材料制備方法及其工藝，主要是在硅(Si)襯底上生長碳化硅(SiC)薄膜，再在SiC薄膜上制備氮化鎵(GaN)薄膜材料。
背景技術：
碳化硅、氮化鎵被認為是比較有潛力的能夠應用于高溫、高壓等極端條件下的第三代半導體材料，在藍光和紫外光光電子學領域占有重要地位，也是制作高溫大功率半導體器件的理想材料。GaN材料具有第一代元素半導體(Si、Ge)以及第二代化合物半導體(GaAs、GaP、InP)所不具有的可以在高溫、高頻、大功率、抗輻射等極端條件下工作的優(yōu)異性質，同時帶隙較寬，并且是直接帶隙材料，發(fā)光效率高，是第三代半導體材料優(yōu)異性能的代表。現(xiàn)在生長GaN的襯底材料都是昂貴的藍寶石或者6H-SiC，器件制作工藝也因為GaN的物理、化學性質穩(wěn)定而難度很大。
與GaN一樣，碳化硅也是極有發(fā)展前途的應用于高溫、高頻、高速環(huán)境的第三代半導體材料，其晶格常數(shù)與GaN匹配較好，同時可以保證GaN在高溫、高頻、高速環(huán)境下性能的發(fā)揮。這樣就可以降低襯底成本以及器件制作工藝成本。
目前，半導體器件所用材料主要是以硅(Si)為主的元素半導體以及以砷化鎵(GaAs)為主的化合物半導體。以硅材料為代表的第一代半導體材料的發(fā)展是從20世紀50年代開始的，目前硅材料仍然是電子信息產業(yè)最主要的半導體器件材料。但是，硅材料的間接帶隙結構、擊穿電場較低等物理屬性的特點限制了其在光電子領域和高溫、高功率器件方面的應用。作為重要的第三代寬帶隙半導體材料，氮化鎵(GaN)材料具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子漂移速度等特點，作為一種具有獨特光電特性的優(yōu)異半導體材料，GaN的應用市場可以分為兩個部分(1)憑借GaN半導體材料在高溫、高頻、大功率工作條件下的出色性能取代部分硅和其它化合物半導體材料器件市場；(2)(2)憑借GaN半導體材料直接帶隙、激發(fā)藍光的獨特性質開發(fā)新的光電應用產品。目前GaN光電器件和微電子器件在光學存儲、激光打印、高亮度LED、白光照明以及無線基站等應用領域具有明顯的競爭優(yōu)勢。其中高亮度發(fā)光二極管(LED)、藍光激光器和大功率晶體管是當前器件制造商和投資商最為感興趣和關注的三個GaN器件市場。但是，由于現(xiàn)在的GaN薄膜一般都生長在藍寶石襯底或者6H-SiC單晶襯底之上，不僅成本高，同時不可能采用現(xiàn)有的成熟硅器件制造工藝。
由于氮化鎵與常用襯底材料晶格失配大，不能夠利用成熟的硅器件制造工藝進行材料制備和器件加工，成本過高，其應用始終受到限制。
為解決此難題，本發(fā)明在單晶硅襯底上生長作為過渡層的碳化硅薄膜，再在碳化硅薄膜上生長氮化鎵材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在Si襯底上生長SiC\GaN材料的方法，就是在單晶硅襯底上生長作為過渡層的碳化硅薄膜，再在碳化硅薄膜上生長氮化鎵材料。利用本發(fā)明就可以使用成熟的硅器件制作工藝制作氮化鎵基光電子、微電子器件，具有成本低廉、便于器件制作的優(yōu)點。
本發(fā)明一種在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，其特征在于，包括如下步驟1)采用硅襯底，該硅襯底作為生長氮化鎵材料的基底層；2)在硅襯底上制備碳化硅外延薄膜層，以利于氮化鎵的生長；3)在碳化硅外延薄膜層上面生長氮化鎵材料，完成在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的制備。
其中制備碳化硅外延薄膜層，是采用化學氣相沉積或分子束外延或磁控濺射或離子注入的方式。
其中在碳化硅外延薄膜層上面生長氮化鎵材料，具體方式是采用金屬有機化學氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積或分子束外延或電子回旋共振輔助分子束外延的方式。


為進一步說明本發(fā)明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如下，其中圖1是本發(fā)明的方法制備得到的材料結構圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，包括如下步驟1)采用一硅襯底10，該硅襯底10作為生長氮化鎵材料的基底層；2)在硅襯底10上制備碳化硅外延薄膜層20，以利于后敘的氮化鎵30的生長，所述的制備碳化硅外延薄膜層20，是采用化學氣相沉積或分子束外延或磁控濺射或離子注入的方式；3)在碳化硅外延薄膜層20上面生長氮化鎵材料層30，完成在硅襯底10上生長碳化硅外延薄膜層20、氮化鎵材料30的制備。
其中在碳化硅外延薄膜層20上面生長氮化鎵材料30，具體方式是采用金屬有機化學氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積或分子束外延或電子回旋共振輔助分子束外延的方式。
實施例1、選擇單晶硅片作為硅襯底10；2、清洗單晶硅襯底10，具體步驟包括去離子水超聲波清洗、有機溶劑乙醇、丙酮清洗、氫氟酸腐蝕、去離子水清洗，得到清潔的單晶硅表面；3、采用磁控濺射方式，直接利用燒結碳化硅靶材在單晶硅襯底10的表面生長碳化硅外延薄膜層20，得到SiC/Si結構；4、采用MOCVD方式，以氨氣(NH3)、三甲基鎵(TMGa)為原料在SiC/Si結構上面生長氮化鎵材料30，得到本發(fā)明方法的GaN/SiC/Si材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的最大優(yōu)點是成本大為降低，便于器件制作。
權利要求
1.一種在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，其特征在于，包括如下步驟1)采用硅襯底，該硅襯底作為生長氮化鎵材料的基底層；2)在硅襯底上制備碳化硅外延薄膜層，以利于氮化鎵的生長；3)在碳化硅外延薄膜層上面生長氮化鎵材料，完成在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的制備。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，其特征在于，其中制備碳化硅外延薄膜層，是采用化學氣相沉積或分子束外延或磁控濺射或離子注入的方式。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，其特征在于，其中在碳化硅外延薄膜層上面生長氮化鎵材料，具體方式是采用金屬有機化學氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積或分子束外延或電子回旋共振輔助分子束外延的方式。
全文摘要
一種在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的方法，其特征在于，包括如下步驟1)采用硅襯底，該硅襯底作為生長氮化鎵材料的基底層；2)在硅襯底上制備碳化硅外延薄膜層，以利于氮化鎵的生長；3)在碳化硅外延薄膜層上面生長氮化鎵材料，完成在硅襯底上生長碳化硅\氮化鎵材料的制備。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的最大優(yōu)點是成本大為降低，便于器件制作。
文檔編號H01L21/02GK1719581SQ20041006233
公開日2006年1月11日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權日2004年7月6日
發(fā)明者陳諾夫, 楊霏 申請人:中國科學院半導體研究所