專利名稱：一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
LED產(chǎn)業(yè)屬于半導(dǎo)體相關(guān)的高科技產(chǎn)業(yè)，處于上游的芯片(外延)往往是整個(gè)產(chǎn)業(yè) 的關(guān)鍵，這不僅僅體現(xiàn)在上游芯片(外延)的性能和價(jià)格決定了中下游產(chǎn)品的性能和價(jià)格， 還體現(xiàn)在芯片(外延)供應(yīng)商往往控制著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的專利及標(biāo)準(zhǔn)。LED芯片(外延)的性 能很大程度上決定了整個(gè)產(chǎn)品的性能。盡管氮化鎵基III-V族半導(dǎo)體有一些嚴(yán)重缺陷，如高位錯(cuò)密度和強(qiáng)極化效應(yīng)，但 其已成為一個(gè)充滿希望的光源材料。最近，氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)正在迅速擴(kuò)大應(yīng)用 領(lǐng)域，特別是需要超高亮度的領(lǐng)域，如大尺寸屏幕的背光單元和取代傳統(tǒng)熒光燈和白熾燈 泡的固態(tài)照明系統(tǒng)。氮化鎵的MOCVD外延中普遍采用的是在襯底上先通過(guò)低溫成核的方法生長(zhǎng)緩沖 層，然后升高溫度，在其上生長(zhǎng)非摻雜或硅摻雜的氮化鎵層。這種生長(zhǎng)方式所造成的穿透性 位錯(cuò)會(huì)延伸到表面，影響材料本身和在其上制備的器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，該方法是通 過(guò)非有意摻雜，控制生長(zhǎng)條件，改變了成核生長(zhǎng)模式，有效緩解了晶格失配所產(chǎn)生的應(yīng)力， 提高了晶體質(zhì)量，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的本征氮化鎵材料。本發(fā)明提供一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，包括步驟1 選擇一襯底；步驟2 在襯底上采用金屬有機(jī)化合物氣相沉積法生長(zhǎng)氮化鎵成核層，該氮化鎵 成核層為相變緩沖層；步驟3 在氮化鎵成核層上生長(zhǎng)非有意摻雜氮化鎵層，該非有意摻雜氮化鎵層為 高結(jié)晶質(zhì)量氮化鎵層，完成生長(zhǎng)制備。其中所述的氮化鎵成核層包括一次氮化鎵成核層及依次生長(zhǎng)的相轉(zhuǎn)變層和相復(fù)原層。其中所述的襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅、硅或砷化鎵。其中一次氮化鎵成核層的生長(zhǎng)溫度為500-800°C，生長(zhǎng)壓力為400-600torr，生長(zhǎng) 厚度為 0. 01-0. 06 μ mo其中相轉(zhuǎn)變層的生長(zhǎng)溫度為600-900°C之間，生長(zhǎng)壓力為100_400torr，生長(zhǎng)厚度 為 0. 05-0. 2 μ m。其中相復(fù)原層的生長(zhǎng)溫度為800-1000°C之間，生長(zhǎng)壓力為100_300torr，生長(zhǎng)厚 度為 0. 05-0. 5 μ m。
其中非有意摻雜氮化鎵層的生長(zhǎng)溫度為1000-1100°C，壓力為200-400torr，生長(zhǎng) 厚度為1-5 μ m。其中相轉(zhuǎn)變層及相復(fù)原層為立方相或六角相。


為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具 體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是本發(fā)明的氮化鎵外延結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的氮化鎵成核層結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的外延生長(zhǎng)GaN高分辨X射線(0002)面搖擺曲線半峰寬測(cè)試結(jié)果 圖。圖4是本發(fā)明的外延生長(zhǎng)GaN高分辨X射線(10_12)面搖擺曲線半峰寬測(cè)試結(jié)果 圖。圖5是本發(fā)明的外延生長(zhǎng)GaN高分辨X射線(10_12)晶面的極圖。圖6是本發(fā)明的外延生長(zhǎng)GaN的高分辨X射線(10_12)晶面三次對(duì)稱掃描。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明關(guān)鍵在于加入了氮化鎵的相轉(zhuǎn)變層。通過(guò)兩種生長(zhǎng)相得相互配合，一定限 度內(nèi)消除了外延層與襯底的失配應(yīng)力。通過(guò)不同晶格能牽引偏折，將穿透位錯(cuò)限定在非摻 雜氮化鎵以下，能夠大大提高其上制備的器件的性能。請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，包 括步驟1 選擇一襯底1，所述的襯底1的材料為藍(lán)寶石、碳化硅、硅或砷化鎵；步驟2 在襯底1上采用金屬有機(jī)化合物氣相沉積法生長(zhǎng)氮化鎵成核層2，該氮 化鎵成核層2為相變緩沖層，所述的氮化鎵成核層2包括一次氮化鎵成核層21及依次 生長(zhǎng)的相轉(zhuǎn)變層22、相復(fù)原層23 ；所述的一次氮化鎵成核層21的生長(zhǎng)溫度為500-800°C， 生長(zhǎng)壓力為400-600torr，生長(zhǎng)厚度為0. 01-0. 06 μ m ；所述的相轉(zhuǎn)變層22的生長(zhǎng)溫度為 600-900°C之間，生長(zhǎng)壓力為100-400torr，生長(zhǎng)厚度為0. 05-0. 2 μ m ；所述的相復(fù)原層23的 生長(zhǎng)溫度為800-1000°C之間，生長(zhǎng)壓力為100-300torr，生長(zhǎng)厚度為0. 05-0. 5 μ m ；所述的 相轉(zhuǎn)變層22及相復(fù)原層23為立方相或六角相；步驟3 在氮化鎵成核層2上生長(zhǎng)非有意摻雜氮化鎵層3，該非有意摻雜氮化鎵層 3為高結(jié)晶質(zhì)量氮化鎵層，所述的非有意摻雜氮化鎵層3的生長(zhǎng)溫度為1000-1100°C，壓力 為200-400torr，生長(zhǎng)厚度為1_5 μ m,完成生長(zhǎng)制備。用此方法生長(zhǎng)的氮化鎵材料為高質(zhì)量氮化鎵材料，有利于其上的器件結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)， 如 LED、HBT、HEMT 等。實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，具體方式為在六方相中插入立方相，包括如下步驟在藍(lán)寶石襯底1上生長(zhǎng)一次氮化鎵成核層21時(shí)，生長(zhǎng)溫度為550°C，生長(zhǎng)壓力為500torr,生長(zhǎng)厚度為0. 04 μ m。在一次氮化鎵成核層21上生長(zhǎng)相轉(zhuǎn)變層22時(shí)，生長(zhǎng)溫度為650°C，生長(zhǎng)壓力為 150torr,生長(zhǎng)厚度為0. 08 μ m。之后在相轉(zhuǎn)變層22上生長(zhǎng)相變復(fù)原層23時(shí)，生長(zhǎng)溫度為900°C，生長(zhǎng)壓力為 200torr,生長(zhǎng)厚度為0. 15 μ m。在相復(fù)原層上23生長(zhǎng)氮化鎵為非摻雜高結(jié)晶質(zhì)量氮化鎵3，生長(zhǎng)溫度為1050°C， 壓力為300torr，生長(zhǎng)厚度為3 μ m。對(duì)由以上步驟獲得的樣品進(jìn)行測(cè)試分析，如圖3和圖4所示X光雙晶衍射(DCXRD) 的ω掃描搖擺曲線所表征的材料質(zhì)量明顯提升，圖5及圖6高分辨X射線10-12晶面極圖 及三次對(duì)稱圖證明用此方法生長(zhǎng)的氮化鎵實(shí)現(xiàn)了相變過(guò)程，提高了氮化鎵材料的質(zhì)量。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，包括步驟1選擇一襯底；步驟2在襯底上采用金屬有機(jī)化合物氣相沉積法生長(zhǎng)氮化鎵成核層，該氮化鎵成核層為相變緩沖層；步驟3在氮化鎵成核層上生長(zhǎng)非有意摻雜氮化鎵層，該非有意摻雜氮化鎵層為高結(jié)晶質(zhì)量氮化鎵層，完成生長(zhǎng)制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中所述的氮化鎵成 核層包括一次氮化鎵成核層及依次生長(zhǎng)的相轉(zhuǎn)變層和相復(fù)原層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中所述的襯底的材 料為藍(lán)寶石、碳化硅、硅或砷化鎵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中一次氮化鎵成核 層的生長(zhǎng)溫度為500-800°C，生長(zhǎng)壓力為400-600torr，生長(zhǎng)厚度為0. 01-0. 06 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中相轉(zhuǎn)變層的生長(zhǎng) 溫度為600-900°C之間，生長(zhǎng)壓力為100-400torr，生長(zhǎng)厚度為0. 05-0. 2 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中相復(fù)原層的生長(zhǎng) 溫度為800-1000°C之間，生長(zhǎng)壓力為100-300torr，生長(zhǎng)厚度為0. 05-0. 5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中非有意摻雜氮化 鎵層的生長(zhǎng)溫度為1000-1100°c，壓力為200-400torr，生長(zhǎng)厚度為1_5 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，其中相轉(zhuǎn)變層及相復(fù) 原層為立方相或六角相。
全文摘要
一種氮化鎵外延中的相變成核的生長(zhǎng)方法，包括步驟1選擇一襯底；步驟2在襯底上采用金屬有機(jī)化合物氣相沉積法生長(zhǎng)氮化鎵成核層，該氮化鎵成核層為相變緩沖層；步驟3在氮化鎵成核層上生長(zhǎng)非有意摻雜氮化鎵層，該非有意摻雜氮化鎵層為高結(jié)晶質(zhì)量氮化鎵層，完成生長(zhǎng)制備。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101812725SQ20101014508
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者姚然, 李志聰, 李晉閩, 王兵, 王軍喜, 王國(guó)宏, 閆發(fā)旺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所