[发明专利]含有SiNx插入层的半极性m面GaN基的半导体器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料的生长方法，特别是一种基于PECVD淀积的SiN_x插入层的半极性m面GaN半导体材料的金属有机化合物化学气相淀积MOVCD的方法，可用于制作半极性m面GaN基的半导体器件。

技术背景

由Ⅲ族元素和Ⅴ族元素所组成的半导体材料，即Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，如GaN、GaAs、InP基等半导体材料，它们的禁带宽度往往差异较大，因此人们通常利用这些Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料形成各种异质结构，用以做各种电子器件。由于在c面GaN上存在着非常强的自发极化和压电极化，在c面GaN材料上生长的AlGaN/GaN异质结界面存在着高密度和高迁移率的二维电子气2DEG，所以不需要掺杂c面上的异质结就存在着非常优异的性能，这对功率器件是非常有利的。但是这种极化效应在LED和LD器件当中是有较大危害的，由于极化引起的内建电场的存在使能带弯曲，强大的极化电场还会使正负载流子在空间上分离，电子与空穴波函数的交迭变小，从而使材料的发光效率大大的降低。为了减小极化电场对量子阱发光效率的影响，目前生长半极性m面氮化镓成为研究的重点。在m面蓝宝石衬底上生长m面GaN是一种可行的方法，但是由于半极性m面GaN和m面蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配和热失配，生长的材料较差。所以，生长高质量半极性m面GaN薄膜是制作上述光电器件的关键。

为了减少缺陷，在m面蓝宝石衬底上生长高质量的半极性m面GaN外延层，许多研究者采用了不同的生长方法。2010年，T.TZhu,等人采用横向外延过生长方式（ELOG），在m面蓝宝石衬底上生长了半极性m面GaN材料，参见Microstructureal,optical,and electrical characterization of semipolar(11-22)gallium nitride grown by epitaxial lateral overgrowth.JOURNEY OF APPLIED PHYSICS V 108 p 083521 2010。但是，这种方法需要多次腐蚀光刻过程，从而导致成本较高工艺复杂。而原位淀积SiN_x插入层则会引入过多的杂质，影响后面生长的GaN的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于PECVD淀积的SiN_x插入层的半极性m面GaN的MOCVD生长方法，以提高m面GaN薄膜质量和表面形貌（通过XRD（X射线衍射谱），PL（光致发光谱）以及AFM（原子力显微镜）验证材料质量和表面形貌平整度都有较大提高。如果不采用插入层的话，材料位错和层错较多质量较差表面起伏较大，减少成本和工艺复杂度。

本发明乙方涉及一种含有SiN_x插入层的半极性m面GaN基的半导体器件的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将m面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积（MOCVD）反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理，反应室的起始真空度小于2×10^-2Torr，衬底加热温度为900-1080℃，时间为5-10min，通入混合气之后反应室压力为20-760Torr；

（2）在热处理后的m面蓝宝石衬底上，通入铝源，在温度为600-800℃的条件下，生长厚度为15-40nm的AlN成核层；

（3）在温度为1025-1200℃的条件下，在AlN成核层上再生长厚度为90-150nm的AlN成核层；

（4）在所述AlN成核层之上，通入流量为5-80μmol/min的镓源，氨气流量为1000-10000sccm，在900-1000℃的条件下，生长厚度为1000-2500nm半极性m面GaN缓冲层；

（5）将生长完缓冲层的m面GaN材料放入PECVD（等离子体增强化学气相淀积）反应室中，并向反应室中通入氨气和硅烷，在200-250℃，压力为600-800mTorr的条件下，反应生成一层SiNx作为材料的插入层，反应时间为3-9s；

（6）将器件放置在金属有机物化学气相淀积（MOCVD）反应室中，通入流量为90-250μmol/min的镓源，通入流量为1000-3000sccm的氨气，在900-1000℃的条件下，在所述SiNx插入层之上生长厚度为4000-6000nm的半极性m面GaN外延层。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的铝源选自三甲基铝。