[发明专利]一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法。

背景技术

LED产业属于半导体相关的高科技产业，处于上游的芯片(外延)往往是整个产业的关键，这不仅仅体现在上游芯片(外延)的性能和价格决定了中下游产品的性能和价格，还体现在芯片(外延)供应商往往控制着整个产业的专利及标准。LED芯片(外延)的性能很大程度上决定了整个产品的性能。

尽管氮化镓基III-V族半导体有一些严重缺陷，如高位错密度和强极化效应，但其已成为一个充满希望的光源材料。最近，氮化镓基发光二极管(LED)正在迅速扩大应用领域，特别是需要超高亮度的领域，如大尺寸屏幕的背光单元和取代传统荧光灯和白炽灯泡的固态照明系统。

氮化镓的MOCVD外延中普遍采用的是在衬底上先通过低温成核的方法生长缓冲层，然后升高温度，在其上生长非掺杂或硅掺杂的氮化镓层。这种生长方式所造成的穿透性位错会延伸到表面，影响材料本身和在其上制备的器件性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法，该方法是通过非有意掺杂，控制生长条件，改变了成核生长模式，有效缓解了晶格失配所产生的应力，提高了晶体质量，生长出高质量的本征氮化镓材料。

本发明提供一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法，包括：

步骤1：选择一衬底；

步骤2：在衬底上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层，该氮化镓成核层为相变缓冲层；

步骤3：在氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓层，该非有意掺杂氮化镓层为高结晶质量氮化镓层，完成生长制备。

其中所述的氮化镓成核层包括：一次氮化镓成核层及依次生长的相转变层和相复原层。

其中所述的衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓。

其中一次氮化镓成核层的生长温度为500-800℃，生长压力为400-600torr，生长厚度为0.01-0.06μm。

其中相转变层的生长温度为600-900℃之间，生长压力为100-400torr，生长厚度为0.05-0.2μm。

其中相复原层的生长温度为800-1000℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为0.05-0.5μm。

其中非有意掺杂氮化镓层的生长温度为1000-1100℃，压力为200-400torr，生长厚度为1-5μm。

其中相转变层及相复原层为立方相或六角相。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1是本发明的氮化镓外延结构示意图。

图2是本发明的氮化镓成核层结构示意图。

图3是本发明的外延生长GaN高分辨X射线(0002)面摇摆曲线半峰宽测试结果图。

图4是本发明的外延生长GaN高分辨X射线(10-12)面摇摆曲线半峰宽测试结果图。

图5是本发明的外延生长GaN高分辨X射线(10-12)晶面的极图。

图6是本发明的外延生长GaN的高分辨X射线(10-12)晶面三次对称扫描。

具体实施方式

本发明关键在于加入了氮化镓的相转变层。通过两种生长相得相互配合，一定限度内消除了外延层与衬底的失配应力。通过不同晶格能牵引偏折，将穿透位错限定在非掺杂氮化镓以下，能够大大提高其上制备的器件的性能。

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法，包括：

步骤1：选择一衬底1，所述的衬底1的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓；

步骤2：在衬底1上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层2，该氮化镓成核层2为相变缓冲层，所述的氮化镓成核层2包括：一次氮化镓成核层21及依次生长的相转变层22、相复原层23；所述的一次氮化镓成核层21的生长温度为500-800℃，生长压力为400-600torr，生长厚度为0.01-0.06μm；所述的相转变层22的生长温度为600-900℃之间，生长压力为100-400torr，生长厚度为0.05-0.2μm；所述的相复原层23的生长温度为800-1000℃之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为0.05-0.5μm；所述的相转变层22及相复原层23为立方相或六角相；