[发明专利]使用外延-扭转的Si(100)基板上的GaN

说明书

一种在硅基板上生长GaN材料的方法，包括：提供具有(100)表面取向或带有最高达10°偏移的(100)表面取向的单晶硅基板；以及，使用外延‑扭转技术，在所述硅基板上外延生长单晶应力管理层。该单晶应力管理层包括具有(110)晶体取向和立方晶体结构的稀土氧化物。所述方法还包括在所述应力管理层上外延生长单晶缓冲层。该单晶缓冲层包括稀土氧化物，该稀土氧化物具有比应力管理层的稀土氧化物更接近于GaN的晶格间距的晶格间距。在所述缓冲层的表面上外延生长单晶GaN材料的层，所述GaN材料具有(11‑20)晶体取向和(0001)晶体取向中的一种。

技术领域

本发明总体上涉及在Si(100)上生长GaN材料，更具体地，涉及通过外延-扭转技术在硅基板和GaN层之间形成的缓冲层的形成。

背景技术

在半导体工业中，因为提高的载流子迁移率，在大多数情况下使用Si(100)取向的基板。因为GaN和Si电子电路较容易集成，所以在Si(100)基板上生长GaN将是有利的。已知的是，在硅基板上生长GaN是困难的，这很大程度上是由于硅和GaN之间大的晶格失配(-16.9％)和热失配(53％)。因此，通常在硅基板上形成某种类型的一个或多个缓冲层，并在该缓冲层上生长GaN材料。通常，现有技术的缓冲层要么形成起来很复杂且昂贵，要么由于晶格失配而不能充分减小GaN中的应变。

因此，克服现有技术中固有的上述及其它缺陷将是非常有利的。

发明内容

技术问题

简单来说，根据如下一种在硅基板上生长GaN材料的方法实现了本发明的预期目的和方面，该方法包括：提供具有(100)表面取向或带有最高达10°偏移的(100)表面取向的单晶硅基板；以及，使用外延-扭转技术，在硅基板上外延生长单晶应力管理层。该单晶应力管理层包括具有(110)晶体取向和立方晶体结构的稀土氧化物。所述方法还包括在应力管理层上外延生长单晶缓冲层。该单晶缓冲层包括稀土氧化物，该稀土氧化物具有比应力管理层的稀土氧化物更接近于GaN的晶格间距的晶格间距。然后，在该缓冲层的表面上外延生长单晶GaN材料的层，所述GaN材料具有(11-20)晶体取向和(0001)晶体取向中的一种。

还通过在硅基板上生长的GaN半导体材料实现了本发明的预期目的和方面。该产品包括具有(100)表面取向或带有最高达10°偏移的(100)表面取向的单晶硅基板和位于该硅基板上的单晶应力管理层。该单晶应力管理层包括具有(110)晶体取向和立方晶体结构的稀土氧化物。单晶缓冲层位于该应力管理层上并包括具有(110)晶体取向的稀土氧化物。单晶GaN材料的层位于该缓冲层的表面上，该单晶GaN材料具有(11-20)晶体取向和(0001)晶体取向中的一种。

附图说明

对于本领域技术人员而言，从以下结合附图进行的、对本发明的优选实施例的详细说明中，本发明的上述及其他以及更具体的目的和优点将变得显而易见，在附图中：

图1是简化的层图，示出了根据本发明的在Si(100)基板上生长GaN材料的方法；

图2是GaN六角(11-20)取向的示意图；并且

图3是图1中示出的所生长的结构的X射线衍射2θ-ω扫描图。

具体实施方式