[發明專利]一種半極性鎵氮外延片及其制備方法

有效

• 申請號: 201811255304.7
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109560172B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 方志來;吳征遠
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/32
• 代理公司: 31200 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于半導體材料技術領域，具體為一種高質量半極性（11?22）鎵氮（GaN）外延片及其制備方法。本發明方法采用金屬有機物化學氣相外延技術，外延片的制備步驟包括：首先在m面藍寶石襯底上生長氮化硅（SiN_x）薄層，作為納米掩模層；然后在SiN_x薄層上生長高溫GaN島；隨后控制條件，使得島間進行非對稱性合并；最后持續采用非對稱生長條件，生長（11?22）GaN薄膜。本發明方法制備的高質量半極性（11?22）GaN外延片，可用于制備高效的紫光到紅外波段的發光二極管（LEDs）。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及半極性鎵氮（GaN）外延片及其制備方法。

背景技術

傳統的c面III族氮化物材料可用于制備高效LEDs與高功率激光器（LDs）[1]。然而生長c面異質結構InGaN/GaN（AlGaN/GaN）材料面臨：1、相分離，2、高密度穿透缺陷，3、強的極化場等問題，因此需要運用新的技術來解決或改善以上問題，從而進一步提高現有器件的工作效率，與降低能耗。其中一種方法是在III族氮化物材料的半極性面上生長量子阱結構。由于半極性面具有低的極化場與大的生長窗口等優點，因此可用于制備高效LEDs與高功率LDs[2]。

最近主要用于研究與生產的是（11-22）面和（20-21）面III族氮化物。生長（20-21）面III族氮化物材料需要采用高成本的同質外延襯底或者化學腐蝕的圖形襯底[3]；而（11-22）面III族氮化物材料可以在異質外延襯底上生長，因此有望獲得低成本的半極性（11-22）面III族氮化物。由于（11-22）面III族氮化物與異質襯底間的晶格與熱失配等原因導致生長出來的半極性III族氮化物薄膜中穿透缺陷密度高、表面粗糙，目前仍不能滿足高性能器件制備的要求[4]。因此改善與發展生長技術來獲得高質量的半極性（11-22）面III族氮化物以及半極性III族氮化物LED具有重要意義。

參考文獻：

[1] Science 2005, 308, 1274?1278; Science 1997, 386, 351?359; Science1998, 281, 956; Mater. Today 2011, 14, 408?415.

[2] MRS Bulletin 2009, 34, 318?323; MRS Bulletin 2009, 34, 334?340;Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 201108; Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 085503.

[3] Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 262105; ACS Appl. Mater. Interfaces2017, 9, 14088.

[4] Jpn. J. Appl. Phys., 2006, 45, L154–L157; Phys. Status Solidi C,2008, 5, 1815–1817; Jpn. J. Appl. Phys., Part 1, 2007, 46, 4089–4095; J.Appl. Phys. 2016, 119, 145303; Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 161109; Sci. Rep.2016, 6, 20787。

發明內容

本發明旨在提供一種高質量半極性（11-22）鎵氮（GaN）外延片的制備方法。

本發明提供的高質量半極性（11-22）GaN外延片的制備方法，采用MOCVD技術，具體步驟為：

（1）在m面藍寶石襯底上生長SiN_x薄層，作為納米掩模層：