[發明專利]Ⅲ族氮化物模板的制備方法

有效

• 申請號: 202011554983.5
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112687523B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 何晨光;張康;吳華龍;賀龍飛;陳志濤;趙維;廖乾光;劉云洲
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 李彬彬;張函

本申請提供了一種III族氮化物模板的制備方法，包括：在異質襯底上形成混合極性III族氮化物的成核層，成核層中含有N極性III族氮化物和金屬極性III族氮化物；在成核層上形成混合極性III族氮化物的生長層，生長層中包含金屬極性III族氮化物晶柱和N極性III族氮化物晶柱，且金屬極性III族氮化物晶柱高于N極性III族氮化物晶柱；在生長層的金屬極性III族氮化物晶柱的上表面通過橫向外延形成金屬極性III族氮化物的合攏層；形成成核層和生長層的氮源和III族金屬源的摩爾比均大于500∶1，形成合攏層的氮源和III族金屬源的摩爾比小于500∶1。本申請的方法無需額外增加腐蝕工序就可以在模板中引入微小孔洞，提高了III族氮化物的晶體質量。

技術領域

本申請涉及半導體材料制備領域，特別涉及III族氮化物模板的制備方法。

背景技術

III族氮化物，具有化學穩定性好、熱傳導性能優良、擊穿電壓高、介電常數低等優點，廣泛應用于紫外發光二極管、紫外光探測器、光學頻率梳、聲波濾波器等器件中，是最具發展前景的一類半導體材料。而想要得到高質量的半導體材料，采用同質襯底是較為理想的選擇。

但是，現階段缺乏大尺寸的同質襯底，所以普遍采用由異質襯底和生長于其上的III族氮化物(例如氮化鋁等)外延層構成的模板來制備III族氮化物半導體材料。由于III族氮化物與異質襯底之間存在較大的熱失配和晶格失配，因此在異質襯底上生長的III族氮化物外延層容易出現高密度的位錯缺陷以及殘余應變。

已有報道通過在外延層中引入孔洞來解決上述問題。所引入的孔洞一方面可以終止位錯的延續，另一方面可以釋放應變，從而有效地提高III族氮化物模板的晶體質量。

例如，已知一種AlN模板的制備方法，其先在藍寶石襯底上形成混合極性(同時含有N極性和Al極性)的AlN外延層，然后通過腐蝕工序，對混合極性外延層中的N極性AlN進行腐蝕，以去除部分N極性AlN，從而使得Al極性AlN的高度大于N極性AlN，最后在Al極性AlN上形成連續的Al極性AlN層。該制備方法通過腐蝕N極性AlN而在原位形成了孔洞，提高了AlN模板的晶體質量。但是，由于必須增加的腐蝕工序使得該方法的制備過程繁瑣，AlN模板的制備成本高。

發明內容

本申請的目的在于提供一種III族氮化物模板的制備方法，以在不增加腐蝕工序的情況下，制備出含有孔洞的III族氮化物模板。具體方案如下。

一種III族氮化物模板的制備方法，其特征在于，包括：

在異質襯底上形成混合極性III族氮化物的成核層，所述成核層中含有 N極性III族氮化物和金屬極性III族氮化物；

在所述成核層上形成混合極性III族氮化物的生長層，所述生長層中包含金屬極性III族氮化物晶柱和N極性III族氮化物晶柱，且金屬極性III族氮化物晶柱高于N極性III族氮化物晶柱；

在所述生長層的金屬極性III族氮化物晶柱的上表面通過橫向外延形成金屬極性III族氮化物的合攏層；

其中，形成所述成核層和所述生長層的氮源和III族金屬源的摩爾比均大于500∶1，形成所述合攏層的氮源和III族金屬源的摩爾比小于500∶1；

所述生長層的形成溫度低于1000℃。

根據本申請的一種實施方案，該方法在異質襯底上形成成核層之前還包括：

向所述異質襯底通入氮源，對異質襯底進行氮化處理；

優選地，所通入的氮源流量為100-200sccm，通入時間為5-20秒；氮化處理的溫度為500-1000℃，優選為700-900℃，壓力為30-100mbar，優選為40-60mbar。

根據本申請的一種實施方案，該方法還包括對形成有合攏層的III族氮化物模板進行熱退火處理；