[發明專利]一種在非晶態SiO2

有效

• 申請號: 201810273060.9
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108428621B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 李天保;劉晨陽;張哲;于斌;賈偉;余春燕;董海亮;賈志剛;許并社
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于GaN薄膜制備方法技術領域，為了解決目前不能直接將非晶態SiO₂作為襯底生長GaN薄膜，襯底成本高、工藝復雜的問題，提供了一種在非晶態SiO₂襯底上生長GaN薄膜的方法。利用非晶態SiO₂材料作為襯底，采用金屬有機化合物化學氣相沉積法即MOCVD法生長GaN薄膜，依次生長AlGaN形核層，GaN外延層。直接以SiO₂為襯底，采用MOCVD的方法生長GaN薄膜。以AlGaN作為形核層，退火時，較低的NH₃流量能夠加速AlGaN形核層中不穩定晶面的分解，促進后續的GaN薄膜沿著c面生長。并且短的退火時間可以減少再蒸發的程度，從而提高了后續生長的GaN薄膜的質量。

技術領域

本發明屬于GaN薄膜制備方法技術領域，具體涉及一種在非晶態SiO₂襯底上生長GaN薄膜的方法，采用金屬有機化合物化學氣相沉積法即MOCVD法。

背景技術

三族氮化物半導體材料的研究與應用是半導體行業的一個熱門話題。作為三族氮化物半導體材料的代表，GaN由于其優良的電子和光學性能在發光二極管(LEDs)和高功率電子器件等領域而得到了很大的發展。與藍寶石，6H-SiC，和Si等襯底相比，SiO₂具有價格更低的優點，因此在SiO₂ 襯底上實現高質量的GaN薄膜的生長是大家一直追求的目標。JTTorvik等人采用ECR-MBE的方法，在SiC襯底上以圖形化SiO₂ 為掩模板實現了GaN的生長（參見Optical properties of GaN grown over SiO₂ on SiC substrates by molecularbeam epitaxy，Journal of Electronic Materials, 1998, 27(4):233-237。）OH Nam等人采用MOVPE的方法，在GaN/AlN/6H-SiC(0001)襯底上以圖形化SiO₂為掩膜板，實現了GaN薄膜的外延生長（參見Lateral epitaxial overgrowth of GaN films on SiO₂ areas viametalorganic vapor phase epitaxy，Journal of Electronic Materials, 1998, 27(4):233- 237。）但是以上方法都不是直接將非晶態SiO₂ 作為襯底生長GaN薄膜，襯底成本高，工藝比較復雜。

發明內容

本發明為了解決目前不能直接將非晶態SiO₂ 作為襯底生長GaN薄膜，襯底成本高、工藝復雜的問題，提供了一種在非晶態SiO₂ 襯底上生長GaN薄膜的方法。

本發明由如下技術方案實現的：一種在非晶態SiO₂ 襯底上生長GaN薄膜的方法，利用非晶態SiO₂材料作為襯底，采用金屬有機化合物化學氣相沉積法即MOCVD法生長GaN薄膜，依次生長AlGaN形核層，GaN外延層。

具體步驟如下：

（1）襯底氮化處理：將非晶態SiO₂ 襯底置于金屬有機氣相沉積MOCVD反應室中，在氫氣氣氛中，1200-1300℃溫度下清潔襯底10-20min，然后降溫至650-750℃，用流量為1000-1200 sccm的氨氣氮化處理5-15min，控制反應室的壓力為100-200mbar；

（2）制備AlGaN形核層：氮化處理后，700-800℃下，在氨氣流量為1200-1700sccm的環境中，V/Ⅲ比為720-820，向反應室中通入流量50-70μmol/min的鎵源和流量10-20μmol/min的鋁源，反應時間為35-45s，控制反應室的壓力為100-200mbar下生長AlGaN形核層；其中AlGaN形核層中Ⅲ族元素鋁占10%-20%，鎵占80%-90%；