[发明专利]Si衬底上横向外延生长氮化镓的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，涉及一种Si衬底上外延生长氮化镓的方法。

背景技术

III-V族氮化嫁(GaN)及其化合物半导体，作为第三代半导体材料的典型代表，因其独特的物理、化学和机械性能，在光电子和微电子领域有着巨大的应用前景。但由于GaN体单晶制备的困难和缺少与之相匹配的异质衬底材料，目前商业化的led主要是在蓝宝石衬底和碳化硅衬底上进行外延生长。Si衬底具有成本低、易解理、易得到大面积高质量商业化衬底以及硅基器件易于集成等优点。硅衬底GaN基材料生长及器件应用所取得的进展引起了人们极大的兴趣。然而Si衬底与GaN之间具有较大的热失配和晶格失配，导致Si衬底上外延的GaN薄膜出现高缺陷密度，严重制约Si衬底GaN基材料的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少位错、GaN晶体质量高的Si衬底上横向外延生长氮化镓的方法。

本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：在硅衬底表面外延生长一层AlN种子层、在AlN种子层上再外延生长一层GaN步骤，还包括以下步骤：

(1)、外延生长GaN层后，将温度从900～1200℃在200～400sec内快速降温至500～800℃，导致GaN层与AlN种子层龟裂形成裂纹，在裂纹处由于NH3的存在会生成SiN，其中，AlN种子层外延生长厚度优选为5nm～300nm，GaN外延生长厚度优选为5nm～300nm。

(2)、原位生长SiN，在裂缝处SiN进一步长厚，并在GaN层上生长零星分布的SiN掩膜层；其中，裂缝中的SiN的厚度优选为1～300nm，GaN上面生长的SiN掩膜层的厚度优选为1nm～100nm。

(3)在具有SiN掩膜的GaN层上同质横向外延生长GaN，直至该GaN层完全生长合并在一起。在具有SiN掩膜的GaN层上外延生长GaN，当GaN生长到1～100nm时调整载气流量、压力、NH3流量、温度、压力、镓源流量，使GaN横向生长速度加快，最终合并在一起。

本发明采用快速降温的方式，在GaN、AlN层龟裂出裂缝，在裂缝中生长SiN，并在GaN层上外延生长零星的SiN掩膜层，由于零星的SiN掩膜层及裂缝中的SiN的存在，使在有SiN掩膜的GaN层上继续横向外延生长氮化镓，GaN在GaN层上同质外延生长，而在具有SiN掩膜的地方不生长GaN，由于SiN的存在，GaN生长过程中位错发生弯曲，减少了GaN位错的发生，提高了晶体质量，改善了器件性能。

附图说明

图1是本发明的外延片生长过程示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示是本发明的外延片生长过程示意图。

首先，按照常规的外延生长方法，在硅衬底表面外延生长一层AlN种子层、在AlN种子层上再外延生长一层GaN，其中，AlN种子层外延生长厚度为5nm，GaN外延生长厚度为100nm；然后，将温度从1200℃在200sec内快速降温至800℃，导致GaN层与AlN种子层龟裂形成裂纹，接着，按照常规的外延生长方法，在裂纹中生长SiN，原位继续生长SiN，在裂缝处SiN进一步长厚，并在GaN层上生长零星分布的SiN掩膜层；其中，裂缝中的SiN的厚度为1nm，GaN上面生长的SiN掩膜层的厚度为10nm，最后，按照常规的外延生长方法，在具有SiN掩膜的GaN层上同质横向外延生长GaN，当GaN生长到10nm时调整载气流量、压力、NH3流量、温度、压力、镓源流量，使GaN横向生长速度加快，最终合并在一起。

实施例2，首先，按照常规的外延生长方法，在硅衬底表面外延生长一层AlN种子层、在AlN种子层上再外延生长一层GaN，其中，AlN种子层外延生长厚度为300nm，GaN外延生长厚度为5nm；然后，将温度从900℃在400sec内快速降温至500℃，导致GaN层与AlN种子层龟裂形成裂纹，接着，按照常规的外延生长方法，在裂纹中生长SiN，原位继续生长SiN，在裂缝处SiN进一步长厚，并在GaN层上生长零星分布的SiN掩膜层；其中，裂缝中的SiN的厚度为300nm，GaN上面生长的SiN掩膜层的厚度为1nm，最后，按照常规的外延生长方法，在具有SiN掩膜的GaN层上同质横向外延生长GaN，当GaN生长到1nm时调整载气流量、压力、NH3流量、温度、压力、镓源流量，使GaN横向生长速度加快，最终合并在一起。