[發(fā)明專利]一種SiC襯底生長GaN外延膜的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811377030.9
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109545661A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白俊春;周小偉;景文甲;李培咸;平加峰
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇晶曌半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00;C30B25/18;C30B29/40
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 徐思波

本發(fā)明提供一種SiC襯底生長GaN外延膜的方法，包括如下步驟：（1）將6H?SiC襯底先用丙酮浸泡超聲清洗去除油脂，然后浸入80℃的H₂SO₄和HNO₃的混合溶液中以去除表面重金屬，干燥后放置在N₂保護(hù)氣氛的MOCVD手套箱中，隨后利用吸盤將襯底移動到MOCVD反應(yīng)室的襯底托盤上；（2）閉合MOCVD反應(yīng)室，升溫到1050℃?1070℃，通入SiH₄氣體對6H?SiC進(jìn)行原位處理，SiH₄的流量為1.2?1.8nmol/min，反應(yīng)室的壓力為50?60mbar，原位處理時(shí)間為50s~150s；（3）沉積AlGaN緩沖層；（4）沉積漸變AlGaN層；（5）生長GaN外延層。本發(fā)明制備工藝簡單，省去了傳統(tǒng)工藝需要對SiC襯底上的氧化膜進(jìn)行氫氟酸腐蝕去除的步驟，直接利用SiH₄對6H?SiC襯底進(jìn)行原位處理，不但去除了SiC襯底表面的氧化層，同時(shí)引來均勻的Si?H鍵終端，提高了后續(xù)GaN外延膜的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于GaN晶體生長技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在碳化硅（SiC）基體上生長氮化鎵（GaN）外延膜的方法。

背景技術(shù)

GaN單晶襯底的制備非常困難，通常的GaN外延都在異質(zhì)襯底如藍(lán)寶石上進(jìn)行，但由于藍(lán)寶石和GaN具有較大的晶格失配（約13.8%）和熱失配，因此生長的GaN單晶具有較高的位錯(cuò)密度和較大的應(yīng)力，嚴(yán)重?fù)p害了LED器件的光學(xué)和電學(xué)性能。

SiC襯底與GaN的晶格失配度小，約3.4%，且具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，是一種理想的GaN異質(zhì)外延襯底，但通常SiC表面會覆蓋一層氧化硅膜，氧化物與GaN的粘附系數(shù)較小，一般外延前需要去除氧化層，同時(shí)GaN晶體與SiC襯底間存在的晶格失配和巨大的熱失配會使得到的GaN外延薄膜中含有大量的位錯(cuò)缺陷及裂紋，嚴(yán)重影響了GaN外延膜的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種SiC襯底生長GaN外延膜的方法，利用SiH₄對襯底進(jìn)行原位處理，去除了SiC襯底表面的氧化層，同時(shí)在SiC襯底表面可引來均勻的Si-H鍵終端，提高了后續(xù)生長的GaN外延膜的質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種SiC襯底生長GaN外延膜的方法，包括如下步驟：

（1）將6H-SiC襯底開封后先用丙酮浸泡超聲清洗去除油脂，然后浸入80℃的H₂SO₄和HNO₃的混合溶液中以去除表面重金屬，80℃~100℃干燥1h~3h后放置在N₂保護(hù)氣氛的MOCVD手套箱中，隨后利用吸盤將SiC襯底移動到MOCVD反應(yīng)室的襯底托盤上；

（2）閉合MOCVD反應(yīng)室，反應(yīng)室內(nèi)升溫到1050℃-1070℃，通入SiH₄氣體對6H-SiC進(jìn)行原位處理，SiH₄的流量為1.2-1.8 nmol/min，反應(yīng)室的壓力為50-60 mbar，原位處理的時(shí)間為50-150s；

（3）沉積AlGaN緩沖層：向反應(yīng)室內(nèi)同時(shí)通入TMGa、TMAl和NH₃，其中，TMGa的流量為20-25μmol/min，TMAl的流量為3-4μmol/min，NH₃的流量為3-3.5slm，SiH₄流量保持為1.2-1.8nmol/min，溫度為1050℃~1070℃；

（4）沉積漸變AlGaN層：將TMGa的流量均勻增加至160-200μmol/min，NH₃的流量保持為3-3.5slm，關(guān)閉TMAl的輸出，將SiH₄流量增至7-8 nmol/min，溫度保持在1050℃~1070℃；