[發明專利]生長氮化鎵的方法、氮化鎵外延結構及半導體器件

有效

• 申請號: 201611205303.2
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN108242385B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 肖懷曙;謝春林
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00;H01L33/32;C23C16/44
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明提供了生長氮化鎵的方法、氮化鎵外延結構和半導體器件，該方法包括：在氫氣和/或氮氣氣氛下，向襯底上噴灑氮化鎵納米顆粒，并對所述襯底和氮化鎵納米顆粒進行烘烤處理；通入氮源和鎵源，以便在所述襯底表面形成氮化鎵層。發明人發現，預先噴灑氮化鎵納米顆粒，在高溫下部分GaN納米顆粒分解氣化形成有利于GaN快速沉積結晶的氣體氛圍，而剩余的GaN納米材料則形成成核的晶種，為氮源和鎵源反應提供生長GaN晶體的附著點，通入氮源和鎵源后，GaN材料能以剩余的GaN顆粒為成核中心快速生長，沉積出高質量的GaN材料。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體的，涉及生長氮化鎵的方法、氮化鎵外延結構及半導體器件。

背景技術

GaN材料是第三代半導體材料，廣泛應用于LED照明及大功率半導體器件領域，由于GaN材料很難生長到一定厚度以作為襯底材料，目前業界普遍采用異質外延的生長方式，以其他晶體材料作為襯底生長GaN外延層。

由于襯底和GaN之間通常存在晶格失配和熱失配，造成GaN外延層中的位錯密度很高，GaN在高溫生長后降溫的過程中產生較大的張應力而出現微裂紋，隨著外延尺寸的增大更為嚴重。目前LED外延片普遍采用緩沖層技術，即在襯底上沉積一層緩沖層再生長GaN材料，緩沖層能一定程度克服襯底與GaN材料間的晶格失配，并將他們之間的缺陷埋在緩沖層之下，但是緩沖層的晶體質量依舊較差，依舊有許多缺陷會穿透緩沖層，由于GaN材料與襯底存在熱失配，在變溫過程造成的應力會使這些缺陷擴大并穿透整個外延層，從而影響器件性能。

因而，目前的生長GaN材料的方法仍有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

本發明是基于發明人的以下發現而完成的：

現有生長GaN材料通常需要在襯底上預先形成緩沖層，然后再在緩沖層上生長GaN外延層，雖然緩沖層能一定程度克服襯底與GaN材料間的晶格失配，但發明人發現緩沖層中存在非晶結構，依然具有很多缺陷，而由于襯底與GaN材料之間存在熱失配，在變溫過程中造成的應力會使得這些缺陷擴大，進而影響器件性能，因而，如果能夠在襯底上形成缺陷少、晶體質量高的GaN材料，對實際應用具有重要意義。針對該問題，發明人進行了深入研究，經過量探索和實驗驗證，發現在生長GaN之前，預先通入GaN納米顆粒，在高溫下部分GaN納米顆粒分解氣化形成有利于GaN結晶的氣體氛圍，而剩余的GaN納米材料則形成成核的晶種，然后再通入氮源和鎵源，GaN材料能以剩余的GaN顆粒為成核中心快速生長，沉積出高質量的GaN外延材料。

有鑒于此，本發明的一個目的在于提出一種生長高晶質量GaN的手段。

在本發明的一個方面，本發明提供了一種生長氮化鎵的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：在氫氣和/或氮氣氣氛下，向襯底上噴灑氮化鎵納米顆粒，并對所述襯底和氮化鎵納米顆粒進行烘烤處理；通入氮源和鎵源，以便在所述襯底表面形成氮化鎵層。發明人發現，預先噴灑氮化鎵納米顆粒，在高溫下部分GaN納米顆粒分解氣化形成有利于GaN快速沉積結晶的氣體氛圍，而剩余的GaN納米材料則形成成核的晶種，為氮源和鎵源反應提供生長GaN晶體的附著點，通入氮源和鎵源后，GaN材料能以剩余的GaN顆粒為成核中心快速生長，沉積出高質量的GaN材料。

在本發明的另一方面，本發明提供了一種氮化鎵外延結構。根據本發明的實施例，該氮化鎵外延結構是通過前面所述的方法制備的。發明人發現，該氮化鎵外延結構，不需要設置緩沖層，氮化鎵材料的晶體質量得到顯著提高，缺陷明顯減少，可靠性和使用性能得到顯著改善。

在本發明的再一方面，本發明提供了一種半導體器件。根據本發明的實施例，該半導體器件包括前面所述的氮化鎵外延結構。本領域技術人員可以理解，該半導體器件具有前面所述的氮化鎵外延結構的所有特征和優點，在此不再一一贅述。

附圖說明