[發明專利]一種生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410256346.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104037291B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 廣州市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/16;H01L33/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙)44288
• 代理人: 湯喜友

1.一種生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜，其特征在于：所述半極性GaN薄膜包括Si襯底以及在Si襯底的(001)晶面往Si襯底的(111)晶面朝向依次外延生長的AlN薄膜層、中間層和外延層；

所述中間層為一層高壓、低Ⅴ/Ⅲ比的半極性GaN層；

所述外延層為一層低壓、高Ⅴ/Ⅲ比的半極性GaN層；

所述Si襯底為圖形化硅襯底，所述圖形化硅襯底上設有間距相等、相互平行的三角形溝槽，三角形溝槽的側面平行于Si襯底的(111)晶面；所述Si襯底上的三角形溝槽寬度為1μm，深度為0.707μm；所述圖形化Si襯底的相鄰三角形溝槽緊密相連。

2.根據權利要求1所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于依次包括如下步驟：

a.取Si襯底，然后在Si襯底上蝕刻出多個三角形溝槽，其中三角形溝槽的側面平行于Si襯底的(111)晶面；

b.在經過a步驟處理的Si襯底的(001)晶面上外延生長一層AlN薄膜層；

c.在AlN薄膜層上外延生長一層高壓、低Ⅴ/Ⅲ比的半極性GaN中間層；

d.在高壓、低Ⅴ/Ⅲ比的半極性GaN中間層上外延生長一層低壓、高Ⅴ/Ⅲ比的半極性GaN層。

3.根據權利要求2所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于所述a、b步驟間還包括步驟a1：將經過a步驟處理的Si襯底進行清洗、退火處理。

4.根據權利要求3所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于a1步驟中的清洗、退火工藝具體為：用去離子水清洗潤洗30次；然后用氮氣槍將其吹凈；放入反應室內在1050℃經行高溫熱退火。

5.根據權利要求2所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于b步驟的具體工藝為：襯底溫度為960-1100℃，在所述Si襯底上預鋪一層Al原子層，接著通入NH₃將Al原子層氮化，氮化后的AlN層上外延AlN緩沖層，其厚度為50-100nm。

6.根據權利要求2所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于c步驟的具體工藝為：襯底溫度為960-1000℃，反應腔壓力為500-600torr，調節NH₃與TMGa的Ⅴ/Ⅲ比為500-700。

7.根據權利要求2所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于d步驟的具體工藝為：襯底溫度為1020-1030℃，反應腔壓力為100-200torr，調節NH₃與TMGa的Ⅴ/Ⅲ比為2000-4000。

8.根據權利要求2所述的生長在圖形化硅襯底上的半極性GaN薄膜的制備方法，其特征在于：所述外延生長所使用的鎵源、鋁源、氮源分別為三甲基鎵、三甲基鋁、氨氣。