[發(fā)明專利]一種硅襯底上生長半極性(11-22)面氮化鎵的方法

有效

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• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115377265B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙桂娟;茆邦耀;邢樹安;劉貴鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/18;H01L33/32;H01L33/00;H01L21/205
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張晉

本發(fā)明涉及一種硅圖形化襯底上外延生長高質(zhì)量半極性(11?22)面氮化鎵的方法。本發(fā)明通過改進的高溫?低溫氮化鎵層生長法，先在圖形化硅襯底的(1?11)面上生長一層氮化鋁，然后高溫生長一層氮化鎵填上圖形溝槽，最后再低溫生長氮化鎵，最終得到具有光滑表面的半極性(11?22)面氮化鎵外延層。該方法制得的樣品能夠有效改善極性面氮化鎵具有的量子限制斯塔克效應，減小了量子限制斯塔克效應在光電半導體器件對發(fā)光性能的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，具體涉及一種在圖形化硅襯底上，采用改進高溫-低溫生長法制備高質(zhì)量半極性(11-22)面氮化鎵外延層的方法。

背景技術(shù)

隨著照明技術(shù)的迅速發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)逐步取代了白熾燈，成為我們生活中常用的照明手段。同白熾燈相比，LED具有更高的發(fā)光效率并且更加綠色環(huán)保。LED的發(fā)展離不開以GaN為首的III族氮化物的迅速發(fā)展。GaN的晶體質(zhì)量在很大程度上制約著GaN基LED發(fā)光效率的提高。目前，(0001)面GaN材料生長及發(fā)光器件的制備工藝日趨成熟，但是仍然存在著兩個亟待解決的問題：一個是存在極化效應，另一個是缺乏合適的襯底。

現(xiàn)有技術(shù)中，氮化鎵(11-22)面一般都生長在藍寶石襯底上，但是藍寶石襯底和GaN的晶格失配與熱失配較大，并且還存在導電性差和導熱率低等問題。因此在藍寶石襯底上外延生長出來的GaN位錯密度較高，同時由于材料硬度高、解理困難使器件加工工藝復雜。另一方面，氮化鎵的外延工藝目前以直接生長法為主，這種方法生長出來的GaN上表面并不會完全愈合，依舊影響其使用性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不全面性，提出一種硅圖形化襯底上外延生長高質(zhì)量半極性(11-22)面氮化鎵的方法。

本發(fā)明的一種硅襯底上生長半極性(11-22)面氮化鎵的方法，所述方法包括如下步驟：

1)準備好硅圖形化襯底，所述硅圖形化襯底上設(shè)有溝槽和掩膜層SiO₂；

2)采用MOCVD的方法在硅的(1-11)面生長AlN層；

3)采用MOCVD的方法，在所述AlN層上高溫生長第一層GaN，使第一層GaN剛好填補所述硅圖形化襯底的溝槽；

4)在所述第一層GaN上繼續(xù)低溫生長第二層GaN，并使第一層GaN和第二層GaN愈合，最終得到具有光滑表面的半極性(11-22)面氮化鎵外延層的樣品。

進一步，所述方法中掩膜層SiO₂位于硅的(113)面，所述溝槽為沿硅的[21-1]開設(shè)的平行溝槽，且溝槽的長斜邊為硅的(1-11)面。

進一步，所述方法的步驟2)中生長AlN層的生長溫度為1100-1200℃，生長時間為8～12min，所述AlN層的Ⅴ/Ⅲ比為600-800。

進一步，所述方法的步驟3)中高溫生長第一層GaN的生長溫度為1050-1150℃，生長時間為50-70min，所述第一層GaN的Ⅴ/Ⅲ比為1200-1700。

進一步，所述方法的步驟4)中低溫生長第二層GaN的生長溫度為1000-1100℃，生長時間為80-100min，所述第二層GaN的Ⅴ/Ⅲ比為1200-1700。

進一步，所述方法的步驟4)中的氮化鎵外延層的表面粗糙度為5-50nm。