[發(fā)明專利]一種GaN外延低位錯(cuò)薄膜及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202211675880.3 | 申請(qǐng)日： | 2022-12-26 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN115896938A | 公開(kāi)（公告）日： | 2023-04-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 陳興;王東;吳勇;陸俊;嚴(yán)琴;金京;葛林男;何振偉;何滇;檀生輝 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 西電蕪湖研究院有限責(zé)任公司 |
| 主分類(lèi)號(hào)： | C30B25/18 | 分類(lèi)號(hào)： | C30B25/18;H01L21/02;C30B29/40;C23C14/06;C23C14/35 |
| 代理公司： | 蕪湖思誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138 | 代理人： | 盛思敏 |
| 地址： | 241000 安徽省蕪湖市弋江區(qū)蕪湖高新*** | 國(guó)省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 gan 外延 低位 薄膜 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN外延低位錯(cuò)薄膜，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，包括從下至上依次層疊設(shè)置的硅襯底、BN成核層、AlN/GaN?SL緩沖層一、AlGaN緩沖層二、GaN溝道層、AlN阻擋層、AlGaN勢(shì)壘層及GaN蓋帽層，本發(fā)明利用磁控濺射法?BN成核層能夠有效降低氮化鎵外延層中的位錯(cuò)密度，同時(shí)有效控制外延薄膜中的應(yīng)力，得到Si襯底上無(wú)裂紋、低翹曲度的高質(zhì)量AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延材料。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件外延生長(zhǎng)中的位錯(cuò)阻隔層技術(shù)，具體涉及一種GaN外延低位錯(cuò)薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)
由于Si襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜存在著非常嚴(yán)重的熱失配和晶格失配問(wèn)題，如(0001)面GaN與(111)面Si之間的熱失配為54%,晶格失配為17%,使得Si基GaN薄膜在外延生長(zhǎng)中常常處于張應(yīng)變狀態(tài),很容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。嚴(yán)重的失配問(wèn)題也會(huì)致使薄膜產(chǎn)生大量位錯(cuò)、層錯(cuò)等微結(jié)構(gòu)缺陷,引起薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性下降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供一種Si基GaN薄膜結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)阻隔層技術(shù)，其原理是，在Si基GaN薄膜生長(zhǎng)中，使用磁控濺射法備制BN成核層，降低失配導(dǎo)致的位錯(cuò)穿透GaN薄膜，改善晶體質(zhì)量。
一種GaN外延低位錯(cuò)薄膜，包括從下至上依次層疊設(shè)置的硅襯底、BN成核層(101)、AlN/GaN?SL緩沖層一（102）、AlGaN緩沖層二（103）、GaN溝道層(104)、AlN阻擋層（105）、AlGaN勢(shì)壘層(106)及GaN蓋帽層。
一種GaN外延低位錯(cuò)薄膜的制備方法，包括如下步驟：
（1）首先將Si襯底（111）放入磁控濺射設(shè)備中生長(zhǎng)一層BN成核層（101），其厚度為80-120nm；
（2）在前述步驟基礎(chǔ)上將材料放入MOCVD設(shè)備中升溫至1080-1110℃，H2氛圍下高溫烘烤6min，并降溫至1040-1060℃生長(zhǎng)AlN/GaN?SL緩沖層一（102），其厚度為400-600nm；；
（3）在前述步驟基礎(chǔ)上，降溫至1010-1030℃，生長(zhǎng)AlGAN緩沖層二，其厚度為1um-1.1um；
（4）在前述步驟基礎(chǔ)上，升溫至1040-1060℃，生長(zhǎng)GaN溝道層（104）、AlN阻擋層、AlGaN勢(shì)壘層（105）及GaN蓋帽層（106），厚度分別為300-350m，1-2nm，15-25nm，2-4nm。
優(yōu)選的，所述BN成核層(101)由磁控濺射法備制，厚度為100nm。
優(yōu)選的，所述AlN/GaN?SL緩沖層一（102）的生長(zhǎng)溫度為1040℃，厚度為500nm。
優(yōu)選的，所述AlGAN緩沖層二（103）的生長(zhǎng)溫度為1020℃，厚度為1μm。
優(yōu)選的，所述GaN溝道層（104）、AlN阻擋層（105）、AlGaN勢(shì)壘層（105）及GaN蓋帽層（106），生長(zhǎng)溫度為1050℃，厚度分別為300m，1nm，20nm，2nm。
優(yōu)選的，AlN/GaN?SL緩沖層一（102）、AlGaN緩沖層二（103）、GaN溝道層(104)、AlN阻擋層（105）、AlGaN勢(shì)壘層(106)及GaN蓋帽層(107)均采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在MOCVD系統(tǒng)生長(zhǎng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
在Si基GaN材料生長(zhǎng)底層時(shí)，由于晶格失配導(dǎo)致缺陷密度大，引起薄膜的電學(xué)特性下降。本發(fā)明是使用磁控濺射方法生長(zhǎng)一層BN成核層，在該種發(fā)明下生長(zhǎng)的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延材料位錯(cuò)密度由原來(lái)8.5E18/cm2降低至4.4E18/cm2。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
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