[发明专利]基于c面SiC衬底上极性c面GaN的MOCVD生长方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料的生长方法，特别是一种c面SiC衬底上极性c面GaN半导体材料的金属有机化合物化学气相淀积MOCVD生长方法，可用于制作极性c面GaN基的半导体器件。

技术背景

GaN基、GaAs基、InP基等半导体材料，它们的禁带宽度差异较大，因此人们通常利用这些化合物半导体材料形成各种异质结构。由于在异质结中异质结界面两侧的化合物半导体材料的禁带宽度存在较大的差异，使得这些异质结构具有一个共同特点，即在异质结界面附近产生一个量子阱。对于由这些化合物半导体材料所组成的异质结，人们通过对材料进行掺杂，或者利用材料的极化效应等特性，可以在量子势阱中产生高浓度的二维电子气，这种二维电子气由大量的电荷载流子构成。但是由于GaN材料质量较差，同时界面粗糙度较大，c面GaN的材料质量还有很大的提高空间。C面SiC衬底材料由于和c面GaN材料之间具有更小的晶格失配，可以在c面SiC衬底上生长GaN的底板进而生长异质结材料，但SiC衬底和GaN之间依然有很高的热失配，生长的GaN材料质量依然很差。

为了减少缺陷，在c面SiC衬底上生长高质量的极性c面GaN外延层，许多研究者采用了不同的生长方法。1998年，Tetsu Kachi，等人采用了InN成核层的方法，参见A new buffer layer for high quality GaN growth by metalorganic vapor phase epitaxy，APPLIED PHYSICS LETTERS V72 p 704-706 1998。但这种方法生长的材料缺陷密度依然很高；2009年，Z.Chen，等人采用AlGaN插入层的生长方式，在c面SiC衬底上生长了极性c  面GaN材料，参见Growth of AlGaN/GaN heteroiunction field effect transistors on semiinsulating GaN using an AlGaN interlayer，APPLIED PHYSICS LETTERS V94 p112108 2009。但是，这种方法生长的材料质量依然很差，并且材料中的应力较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于c面SiC衬底的极性c面GaN薄膜的生长方法，提高c面GaN薄膜质量，为制作高性能极性c面GaN发光二极管及异质结提供底板。

实现本发明目的技术关键是：采用两步TiN插入层的方式，在c面SiC衬底上依次生长第一层TiN层，GaN成核层，c面GaN缓冲层，第二层TiN层，c面GaN外延层。实现步骤包括如下：

(1)将c面SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理，反应室的真空度小于2×10^-2Torr，衬底加热温度为900-1200℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；

(2)在c面SiC衬底上生长第一层1-10nm的Ti金属层，并对该Ti金属层进行氮化形成第一层TiN层；

(3)在第一层TiN层之上生长厚度为20-100nm，温度为550-650℃的低温GaN成核层；

(4)在低温GaN成核层之上生长厚度为2000-3000nm，温度为950-1100℃的c面GaN缓冲层；

(5)在c面GaN缓冲层之上生长第二层1-10nm的Ti金属层，并对该Ti金属层进行氮化形成第二层TiN层；

(6)在第二层TiN层之上生长厚度为2000-5000nm，温度为950-1100℃的GaN外延层。

本发明具有如下优点：

1.由于采用本发明所用的TiN插入层，材料中的缺陷密度大大降低。

2.由于采用本发明所用的TiN插入层，材料中的应力大大降低。

本发明的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。

附图说明

图1是本发明的极性c面GaN薄膜生长流程图；

图2是本发明的极性c面GaN薄膜剖面示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明给出如下实施例：

实施例1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，对衬底基片进行热处理。