[發(fā)明專利]一種多孔氮化鋁復合襯底及其在外延生長高質(zhì)量氮化鎵薄膜中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510503005.0
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN105489714B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 羅偉科;李亮
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 黃天天

本發(fā)明公開了一種多孔氮化鋁復合襯底，并進一步提出了基于該多孔氮化鋁復合襯底外延生長高質(zhì)量氮化鎵薄膜的方法。本發(fā)明方法包括氮化鋁復合襯底制備、多孔氮化鋁復合襯底制備和氮化鎵外延生長三個階段，其中氮化鋁外延生長和氮化鎵外延生長在MOCVD系統(tǒng)中進行。本發(fā)明通過對氮化鋁進行濕法腐蝕，在氮化鋁表面形成大量凹陷的位錯坑，位錯坑起到微區(qū)掩膜的作用，氮化鎵首先在沒有位錯坑的表面進行成核，成核逐漸變大，相互合并，最終形成平整的表面。本發(fā)明中利用氮化鎵外延生長具有生長選擇性的特點，在氮化鋁表面實現(xiàn)選區(qū)生長，將大量的位錯缺陷終止在氮化鋁層與氮化鎵層的界面處，有效的減少了氮化鎵薄膜中的位錯密度，提高了晶體質(zhì)量。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，具體地涉及一種多孔氮化鋁復合襯底及其在外延生長高質(zhì)量氮化鎵薄膜中的應用。

背景技術

以氮化鎵為代表的III族氮化物(包括氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化銦、氮化銦鎵、氮化銦鋁鎵等)，其禁帶寬度可在0.7eV～6.28eV間調(diào)節(jié)，覆蓋整個中紅外、可見光和紫外波段。同時III族氮化物具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和漂移速度大和介電常數(shù)小等特點，這些優(yōu)良的物理和化學特性，使其在藍、綠、紫和白光二極管、藍色和紫色激光器，以及高頻、大功率電子器件和紫外光探測器等領域具有廣泛的應用前景，故III族氮化物材料被認為是在光電技術和電子技術領域中具有非常重要地位的材料。

然而，由于GaN特殊的穩(wěn)定性(熔點2791K，融解壓4.5GPa)，自然界缺乏天然的GaN體單晶材料。當前GaN基半導體材料主要是在藍寶石、硅、碳化硅等襯底上異質(zhì)外延進行的。其中藍寶石襯底由于與GaN晶格失配大(16％)，熱導率差，散熱能力受限等問題，導致其在高頻、大功率器件方面的應用受到限制，主要被應用在GaN發(fā)光器件領域。Si襯底由于價格低廉，同時容易獲得更大的晶圓尺寸而受到關注，但由于GaN與Si之間存在著非常嚴重的熱失配(54％)和晶格失配(17％)，Si基GaN外延材料往往存在大量缺陷，嚴重的影響了器件性能。SiC襯底由于散熱能力好、與GaN晶格失配小，同時半絕緣特性優(yōu)良，非常適合高頻、大功率器件的研制，但由于SiC襯底價格較高，昂貴的襯底成本制約了其在發(fā)光器件領域的廣泛應用。目前GaN基半導體材料在藍光、白光發(fā)光二極管領域的應用，絕大多數(shù)生產(chǎn)廠商主要采用藍寶石襯底。為了減少由于異質(zhì)襯底與外延層之間晶格失配引起的位錯密度，側(cè)向外延(ELOG)【見Rep.Prog.Phys.67，667-715(2004)】和選區(qū)生長(SAG)【見phys.stat.sol.(a)176，535(1999)；J.Appl.Phys.103，044910(2008)】等技術被應用到GaN基半導體材料外延中。但傳統(tǒng)的ELOG、SAG技術需要介質(zhì)沉積、光刻、刻蝕等復雜的半導體工藝技術，工藝繁瑣，成本較高，從而制約了該技術的廣泛應用，因此如何減少這些繁瑣的工藝，降低成本，是推廣側(cè)向外延、選區(qū)生長等技術在GaN基半導體材料外延領域應用的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對傳統(tǒng)的側(cè)向外延和選區(qū)生長技術工藝繁瑣，成本較高的問題，本發(fā)明提供了一種用于外延生長高質(zhì)量氮化鎵薄膜的多孔氮化鋁復合襯底。

本發(fā)明還要解決的技術問題在于，提供一種所用制備的多孔氮化鋁復合襯底在外延生長高質(zhì)量氮化鎵薄膜的應用，從而實現(xiàn)無需介質(zhì)沉積、光刻等復雜的工藝，利用多孔氮化鋁復合襯底上GaN材料的生長選擇性，即可實現(xiàn)GaN材料無掩膜選區(qū)生長，從而達到提高GaN外延薄膜晶體質(zhì)量的目的。

技術方案：為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提出了一種多孔氮化鋁復合襯底，其通過如下方法制備得到：

(1)提供一襯底，將該襯底轉(zhuǎn)移入MOCVD系統(tǒng)中，高溫下對襯底進行烘烤；

(2)在步驟(1)得到的襯底上沉積一層AlN成核層；

(3)在所述成核層上進行高溫AlN外延層生長，制備AlN復合襯底；

(4)將所述AlN復合襯底轉(zhuǎn)移出MOCVD系統(tǒng)，進行濕法腐蝕，得到多孔AlN復合襯底。