[發明專利]制備非極性A面GaN薄膜的方法

無效

• 申請號: 201210313725.7
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102820211A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 趙桂娟;李志偉;桑玲;魏鴻源;劉祥林;朱勤生;楊少延;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及半導體薄膜制備技術領域，尤其涉及一種制備非極性GaN薄膜的方法。

背景技術

在過去的幾十年間，GaN和相關的InGaN，AlGaN等合金半導體材料取得了巨大的成功。這同時也推動了半導體領域的發光二極管(LEDs)，激光二級管(LDs)和高電子遷移率晶體管(HEMT)的快速發展。

雖然GaN半導體材料領域已經取得了顯著的成績，但在傳統C面生長的六方晶系的氮化物材料中，沿C向存在的自發極化和壓電極化造成材料內部較強的內建電場嚴重的阻礙著相關器件性能的進一步提高。為了減小極化電場對量子阱發光效率的影響，目前生長非極性A面GaN成為研究的重點。藍寶石襯底由于價格上的優勢，滿足了大批量產業化的要求，因此采用R面藍寶石襯底生長非極性A面GaN薄膜也受到了越來越多的注意。

然而，由于非極性A面GaN和R面藍寶石襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配，生長在R面藍寶石襯底上的A面GaN薄膜中往往存在高密度的堆垛層錯和位錯，材料質量較差，而現行的很多用來改善C面GaN缺陷的方法應用到非極性的A面GaN薄膜中效果并不理想。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種制備非極性GaN薄膜的方法，以提高非極性GaN薄膜的結晶質量。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種制備非極性A面GaN薄膜的方法。該方法包括：在襯底上生長非極性A面InGaN柔性層；在非極性A面InGaN柔性層生長非極性A面GaN緩沖層；對非極性A面InGaN柔性層和非極性A面GaN緩沖層進行退火，形成自組裝橫向外延模板；以及在自組裝橫向外延模板上生長非極性A面GaN薄膜。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明制備非極性GaN薄膜的方法具有以下有益效果：

(1)以前的研究表明直接在R面藍寶石上兩步法外延生長非極性GaN薄膜難以獲得高質量的外延膜，而采用本發明自組裝納米尺度的橫向外延模板可以改善薄膜質量，獲得具有較高晶體質量的非極性GaN薄膜；

(2)相比于MBE生長技術，MOCVD材料生長技術，由于其相對低廉的成本、簡單的操作，已經在工業化生產中得到廣泛的應用，本發明的方法具有高生長速度，達到1μm/hr，同時生長質量較好。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的制備非極性A面GaN薄膜的流程圖；

圖2為根據本發明實施例的制備非極性A面GaN薄膜過程中溫度變化的示意圖；

圖3為根據本發明實施例制備的非極性A面GaN薄膜的剖面結構示意圖；

圖4為采用常規兩步法(A)與利用圖1所示方法(B)制備的非極性A面GaN薄膜的SEM圖；

圖5為采用常規兩步法與利用圖1所示方法制備的非極性A面GaN薄膜的搖擺半寬隨方位角變化的曲線圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種制備非極性GaN薄膜的方法。如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟A：取一襯底，并在金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)設備的反應室中對襯底進行高溫氮化處理；

將R面藍寶石襯底置于金屬有機化學氣相沉積MOCVD反應室中，先在1100℃進行并且通入氮氣的條件下將襯底烘烤20分鐘，再使用氮氣和氨氣的混合載氣氮化襯底3分鐘，其溫度同樣為1100℃，如圖2所示。

需要說明的是，本實施例采用的是藍寶石襯底，對于其他的襯底，如硅或者碳化硅，只要滿足其與非極性A面GaN的晶格匹配度小于20％，也可以采用。

步驟B：在襯底上利用MOCVD技術生長非極性A面InGaN柔性層；

將氮化后的襯底基片溫度降為750℃，向反應室通入三甲基銦、三甲基鎵和氨氣作為反應源，氮氣作為載氣，在保持反應室壓強為200torr的條件下，生長A面InGaN柔性層。

非極性A面InGaN柔性層的生長時間為2至16分鐘。該層非極性A面InGaN柔性層的厚度介于10到90nm之間。

步驟C：利用MOCVD技術生長非極性A面GaN緩沖層；