[發明專利]一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的方法、結構及功率器件

在審

• 申請號: 201710069158.8
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN108400087A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 李東鍵;金榮善;金權濟;駱薇薇;孫在亨
• 申請（專利權）人: 英諾賽科（珠海）科技有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/208;H01L29/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發明公開了一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的方法、結構及功率器件，通過在氮化鎵薄膜和硅襯底之間生長第一、第二氮化鋁層和緩沖層作為中間層，以抑制鎵與硅之間產生反應；并且，通過在第二氮化鋁層與氮化鎵薄膜之間生長緩沖層，使得第二氮化鋁層和氮化鎵薄膜的晶格常數、熱膨脹系數等物理特性能夠協調連接；以及，通過制作第一納米結構絨面和第二納米結構絨面而保證生長的第一、第二氮化鋁層的品質高；綜合上述因素，以最終保證氮化鎵薄膜品質高。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更為具體的說，涉及一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的方法、結構及功率器件。

背景技術

氮化鎵(GaN)具有較大的直接禁帶寬度、高熱導率、高電子飽和漂移速度等特點，因此已經成為半導體技術領域的研究熱點，尤其的在器件材料結構中外延生長氮化鎵薄膜是當前研究熱點之一。目前主要采用異質外延生長辦法在藍寶石、SiC等襯底材料上生長氮化鎵薄膜。但是這兩種襯底價格昂貴，而且這兩種襯底的尺寸較小，增加了器件的制作成本。此外，藍寶石襯底還有硬度高、導電差、導熱差等缺點，對器件的制作和性能不利。硅作為目前最成熟的半導體材料，具有價格便宜、尺寸大、晶體質量高、導熱能力高等優點，用硅做襯底可大大降低器件的制作成本，提高經濟效果。

但是，在硅襯底上難以沉積氮化鎵薄膜，是因為兩種材料之間具有晶格常數、熱膨脹系數等差異。再者，若直接在硅襯底上生長氮化鎵，由于鎵與硅之間產生反應，生長的氮化鎵薄膜中會出現缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的方法、結構及功率器件，通過在氮化鎵薄膜和硅襯底之間生長第一、第二氮化鋁層和緩沖層作為中間層，以抑制鎵與硅之間產生反應；并且，通過在第二氮化鋁層與氮化鎵薄膜之間生長緩沖層，使得第二氮化鋁層和氮化鎵薄膜的晶格常數、熱膨脹系數等物理特性能夠協調連接；以及，通過制作第一納米結構絨面和第二納米結構絨面而保證生長的第一、第二氮化鋁層的品質高；綜合上述因素，以最終保證氮化鎵薄膜品質高。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的方法，包括：

提供一硅襯底；

采用濕法刻蝕工藝對所述硅襯底的生長面進行刻蝕為第一納米結構絨面；

在所述硅襯底的生長面一側制備第一氮化鋁層；

采用濕法刻蝕工藝對所述第一氮化鋁層背離所述硅襯底一側表面進行刻蝕為第二納米結構絨面；

在所述第一氮化鋁層背離所述硅襯底一側制備第二氮化鋁層，所述第二氮化鋁層背離所述硅襯底一側表面為光滑表面；

在所述第二氮化鋁層背離所述硅襯底一側制備緩沖層；

在所述緩沖層背離所述硅襯底一側制備氮化鎵薄膜。

可選的，所述緩沖層包括多層Al_xGa_1-xN層，其中，沿生長方向，x逐漸減小。

可選的，所述緩沖層為氮化硅子層和氮化鎵子層交替生長的超晶格層。

可選的，所述第一納米結構絨面由多個金字塔結構組成；

其中，所述金字塔底部邊長不大于1微米。

可選的，制備所述第一氮化鋁層時的工藝溫度為550攝氏度-1150攝氏度，包括端點值；

以及，制備所述第二氮化鋁層時的工藝溫度為600攝氏度-800攝氏度，包括端點值，或為1000攝氏度-1250攝氏度，包括端點值。

可選的，所述第二氮化鋁層的厚度不大于5nm。

相應的，本發明還提供了一種在硅襯底上生長氮化鎵薄膜的結構，包括：