[发明专利]一种采用AlON缓冲层的氮化物的外延生长技术

说明书

本发明提供一种采用AlON缓冲层的氮化物的外延生长技术，所述技术包括如下步骤：提供一衬底；在所述衬底上形成氮化铝多晶薄膜；对所述氮化铝多晶薄膜进行热氧化处理，形成氮化氧铝多晶层；以氮化氧铝多晶层作为缓冲层，在其上进行氮化物的外延生长。本发明的优点在于，氮化氧铝具有良好的晶格失配弛豫作用，能缓解用于生长氮化物基半导体材料存在的晶格不匹配及热失配，减小应力，形成柔性应变协变层，柔性地缓冲了外延层和衬底间的应力，可获得低位错密度、高晶体质量的晶体薄膜，与现有半导体技术兼容，重复性好，利于大规模生产。同时氮化氧铝具有良好的热、化学稳定性，不易与衬底和外延层之间发生界面反应，避免外延层的杂质沾污。

技术领域

本发明涉及半导体外延领域，尤其涉及一种采用AlON缓冲层的氮化物的外延生长技术。

背景技术

氮化镓及其合金半导体是制备应用于紫外/蓝光/绿光发光二极管、激光器、探测器的光电器件的核心基础材料，同时在高压、大功率、抗辐射和高温氮化镓基高电子迁移率晶体管和电力电子器件等领域有着广泛的应用前景。

目前，氮化镓或氮化铝的单晶衬底制备技术尚未成熟，因此氮化物通常异质外延生长在其它材料的衬底上如蓝宝石、碳化硅、硅等。由于存在晶格和热膨胀系数的差异以及界面化学问题的影响，通常需要缓冲层来缓解应力，提高晶体质量。特别对于大晶格失配的硅衬底而言，缓冲层对晶体质量的提高起关键作用。

缓冲层技术是解决大失配外延问题的重要手段，通过插入一层缓冲层，使其在晶体结构、物理机化学性质上使衬底更适合异质外延生长。传统的缓冲层有低温氮化镓、低温氮化铝、高温氮化铝、氮化铝镓、3C-碳化硅、氧化锌等。缓冲层能缓解衬底和外延层之间晶格失配的作用，同时起到润湿的作用，有效改善外延材料的晶体质量。但是缓冲层的存在只能缓解一部分晶格失配，实际生长的氮化镓外延材料仍然具有较高密度的位错。因此，发展新的缓冲层技术仍然是异质外延氮化物生长面临的技术课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种一种采用AlON缓冲层的氮化物的外延生长技术及采用该方法外延生长的氮化物，其能够缓解晶格不匹配及热失配等问题，柔性地缓冲了外延层和衬底间的应力，可获得低位错密度、高晶体质量的晶体薄膜。

为了解决上述问题，本发明提供了一种氮化物外延生长方法，包括如下步骤：提供一衬底；在所述衬底上形成氮化铝多晶薄膜；对所述氮化铝多晶薄膜进行热氧化处理，形成氮化氧铝多晶层；以氮化氧铝多晶层作为缓冲层，在其上进行氮化物的外延生长。

进一步，所述的氮化铝多晶薄膜进行全部或部分区域热氧化得到连续或部分覆盖的氮化氧铝多晶层。

进一步，所述氮化铝多晶薄膜的厚度为10-500nm。

进一步，所述氮化氧铝多晶层的厚度为10-500nm。

进一步，在所述衬底上形成氮化铝多晶薄膜的方法为原子层淀积、磁控溅射、化学汽相淀积或离子束淀积方法中一种或两种以上的组合。

进一步，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、铝酸锂或砷化镓。

进一步，所述氮化物的外延生长方法包括金属有机化学汽相淀积、分子束外延或卤化物汽相外延方法中的一种或两种以上组合。

进一步，所述氮化物为氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、氮化镓铟、氮化铝铟或氮化铝镓铟及其组合。

进一步，在形成氮化铝多晶薄膜之前还包括一清洗衬底的步骤。

本发明还提供一种采用上述的方法外延生长的氮化物，在所述衬底与外延生长的氮化物之间设置有一缓冲层，所述缓冲层为氮化氧铝多晶层