[發明專利]一種大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜及其外延生長方法

在審

• 申請號: 202011637782.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112687527A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李國強;邢志恒;吳能滔;李善杰;孫佩椰;姚書南;王文樑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

1.一種大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜，其特征在于：自下而上依次包括襯底、AlN成核層、緩沖層、未摻雜GaN薄膜；所述緩沖層為In_xAl_1-xN緩沖層或In_xAl_1-xN/In_0.18Al_0.82N緩沖層。

2.根據權利要求1所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜，其特征在于：所述AlN成核層為低溫AlN成核層和高溫AlN成核層；

所述In_xAl_1-xN中X為0.5～0.1。

3.根據權利要求1所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜，其特征在于：AlN成核層厚度為20～220nm；所述緩沖層厚度為0.1～1μm；

所述未摻雜GaN，厚度1～5μm。

4.根據權利要求1所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜，其特征在于：所述襯底采用6英寸及以上SiC襯底或6英寸及以上高阻SiC襯底。

5.根據權利要求1～4任一項所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜的外延生長方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)在SiC襯底上通過金屬有機化學氣相沉積生長成核層；具體為在襯底上預鋪一層金屬鋁，然后在低溫下生長AlN，再在高溫下生長AlN；

2)在成核層上通過金屬有機化學氣相沉積法生長In_xAl_1-xN緩沖層或In_xAl_1-xN緩沖層和In_0.18Al_0.82N緩沖層；

3)在緩沖層上生長未摻雜GaN薄膜。

6.根據權利要求5所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜的外延生長方法，其特征在于：步驟1)中所述低溫的條件：壓力為50～100torr，襯底的溫度為750-900℃，Al源的流量為10～300sccm，通入時間為10～180s，氮源的流量為10～7000sccm；

所述高溫的條件：壓力為50～100torr，襯底的溫度為1000～1250℃，Al源的流量為10～300sccm，氮源的流量為5000～7000/1500～2500sccm，間隔一段時間循環改變流量；Al源為甲基鋁TMAl，N源為NH₃。

7.根據權利要求5所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜的外延生長方法，其特征在于：步驟1)中所述預鋪一層金屬鋁是指將襯底于1000～1200℃進行前烘，然后在700～900℃和100～200torr的壓力條件下，通入Al源進行沉積；Al源為甲基鋁TMAl，Al源的流量為10～300sccm，通入時間為10～180s。

8.根據權利要求5所述大尺寸SiC襯底低應力GaN薄膜的外延生長方法，其特征在于：步驟2)中生長的條件為：Al源的流量為12～30sccm，In源的流量為80～120sccm，N源的流量為1000～3000sccm；Al源通過載氣帶入，載氣的流量為800～1000sccm，載氣為氫氣；In源通過載氣帶入，載氣的流量為700～900sccm，載氣為氮氣；In源為TMIn，Al源為甲基鋁TMAl，N源為NH₃；

步驟2)中生長的溫度為700～820℃；生長時，反應室的壓力為50～200torr。