[发明专利]一种MOCVD中InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层技术

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制造领域，涉及高质量的半导体器件外延生长中的复合应力释放缓冲层技术。

背景技术

由于衬底(Si、蓝宝石、碳化硅等)与GaN外延层有不同的晶格失配和热膨胀系数，生长后在外延层会产生内应力。在某些领域，外延层中的应力场不同程度地影响或者制约着器件的性能。异质外延的应力场成为半导体领域的困扰问题之一。目前，科学研究者通过不同的途径进行应力释放，也取得了突破性的进展。包括超晶格缓冲层技术，渐变AlGaN缓冲层技术，梯度AlGaN缓冲层技术，LT-AlN(低温氮化铝)缓冲层技术等，这些技术有着各自的优缺点，其中LT-AlN缓冲层是一种高效消除应力场的技术，同时它还在一定程度上阻隔位错提高晶体质量。但是其对外延片翘曲度的改善却没有明显的效果。

发明内容

本发明提供一种MOCVD中InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层技术，。其原理是，在MOCVD异质外延生长中，插入一层或是多层InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层，利用InN层本身材料特性，改善单一LT-AlN缓冲层的应力释放效果，以及增强其对外延层的翘曲度控制能力。MOCVD外延生长异质外延，尤其在硅上生长氮化镓外延，离不开应力调节的功能层。本发明利用InN材料低温生长，在高温下容易分解团聚的特性，配合AlN材料的高温稳定、高浸润特性，复合成高质量的应力调节功能层，从而释放异质材料生长产生的应力，完成高质量、低应力状态乃至无应力状态的外延氮化镓层生长。需要说明的是，本发明MOCVD异质外延生长中，InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层技术，其InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层的设置，可以是一层或是多层。

附图说明

图1是本发明的标准InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层示意图

图2-1是本发明实施例1，底层为GaN的InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层示意图

图2-2是本发明实施例2，底层为AlGaN的InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层示意图

图2-3是本发明实施例3，底层为多层InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层示意图

具体实施方式

本发明一种MOCVD中InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层技术，其外延生长方案的实施过程如下：

1.在MOCVD中使用缓冲层技术，在异质衬底如蓝宝石，硅片，碳化硅等上，生长一层氮化镓薄膜。

2.将温度降低到500℃-800℃之间，生长一层2-20nm厚的InN薄层。

3.接着，将温度调到与InN生长温度温差50℃或以内，生长一层5-20nm厚的AlN层薄膜。

4.生长AlN薄膜后，停止生长0-20s，再升高温度生长氮化镓层。

5.根据需要，在MOCVD异质外延生长中，其InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层，可以设置一层或是多层，其生长，可以进行一次或是多次。

如图1所示，为标准的InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层示意图，1是衬底材料，可为蓝宝石，硅，碳化硅等；2为缓冲层；3为下层GaN；4为InN层；5为LT-AlN层；6为上层GaN。

通过本发明，利用InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层技术，可以实现大幅度减小氮化镓系材料在异质衬底上的生长应力，并可控制氮化镓材料外延层的翘曲度。从而为异质材料生长氮化镓制备器件提供更好的基础。

实施例1.

如图2-1所示，是底层为GaN的外延生长方案，1是衬底材料层，可为蓝宝石，硅，碳化硅等；2为缓冲层；3为下层GaN层；4为InN层；5为LT-AlN层；6为上层GaN层；7是功能层，可为量子阱结构，二维电子气结构等。

实施例2.

如图2-2所示，是底层为AlGaN的外延生长方案，1是衬底材料层，可为蓝宝石，硅，碳化硅等；2为缓冲层；3为下层AlGaN层；4为InN层；5为LT-AlN层；6为上层GaN层；7是功能层，可为量子阱结构，二维电子气结构等。

实施例3.

如图2-3所示，是底层为多层InN/LT-AlN复合应力释放缓冲层外延生长方案，1是衬底材料层，可为蓝宝石，硅，碳化硅等；2为缓冲层；3为下层AlGaN或GaN层；4为InN层；5为LT-AlN层；6为中层GaN层；7为InN层；8为LT-AlN层；9为上层GaN层；10是功能层，可为量子阱结构，二维电子气结构等。