[发明专利]一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法

说明书

本发明提供一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法，包括如下步骤：(a)提供一衬底；(b)在第一温度下，在所述衬底一表面外延生长第一氮化物层；(c)中止生长，降温，通入氯气刻蚀；(d)在第二温度下，在所述第一氮化物层表面外延生长第二氮化物层，其中，所述第一温度大于所述第二温度；(e)中止生长，升温，通入氯气刻蚀；(f)在所述第一温度下，在所述第二氮化物层表面外延生长第一氮化物层；(g)循环进行步骤(c)～(f)，形成周期性的氮化物层。本发明的优点在于，缓解氮化物与衬底间存在的晶格不匹配及热失配等问题，有效释放应力，避免外延层裂纹的产生，还能够获得低位错密度、高晶体质量的氮化物薄膜。

技术领域

本发明涉及半导体外延领域，尤其涉及一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法。

背景技术

作为第三代半导体材料的代表，氮化物宽禁带半导体在紫外/蓝光/绿光发光二极管(LED)、激光器、光电探测器的有着广泛的市场应用前景。同时，其也是应用于高击穿电压、大功率、高频、抗辐射和高温器件领域如氮化镓基高电子迁移率晶体管(HMET)和功率电子器件的核心基础材料。

由于氮化镓或氮化铝的单晶衬底的不易得，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，通常得到的外延层的晶体质量较差，需采用各种技术来提高晶体质量，如缓冲层方法、衬底图形化方法、位错过滤插入层方法等。特别对于大晶格失配的衬底，目前得到的外延层的晶体质量较差，缺陷多，严重制约了其光电和电子器件应用潜力，外延生长技术的提高对外延层晶体质量的改善起到关键作用。高晶体质量的外延层是氮化物得以应用于各种光电或电子器件的前提。因此，发展新的外延技术来降低位错密度，缓解应力，提高晶体质量，仍然是氮化物异质外延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，提供一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法，其能够缓解氮化物与衬底间存在的晶格不匹配及热失配等问题，有效释放应力，避免外延层裂纹的产生，还能够获得低位错密度、高晶体质量的氮化物薄膜。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法，包括如下步骤：(a)提供一衬底；(b)在第一温度下，在所述衬底一表面外延生长第一氮化物层；(c)中止生长，降温，通入氯气刻蚀；(d)在第二温度下，在所述第一氮化物层表面外延生长第二氮化物层，其中，所述第一温度大于所述第二温度；(e)中止生长，升温，通入氯气刻蚀；(f)在所述第一温度下，在所述第二氮化物层表面外延生长第一氮化物层；(g)循环进行步骤(c)～(f)，形成周期性的氮化物层。

进一步，在步骤(b)中，所述第一温度范围为1020～1150℃。

进一步，在步骤(d)中，所述第二温度范围为850～1010℃。

进一步，所述第一氮化物层的厚度为0.1μm～1μm。

进一步，所述第二氮化物层的厚度为0.1μm～1μm。

进一步，在步骤(g)中，循环次数为1～100次。

进一步，在步骤(b)之前，包括一在衬底表面生长过渡层的步骤，在步骤(b)中，在所述过渡层的表面外延生长第一氮化物层。

进一步，所述第一氮化物层及第二氮化物层的氮化物为氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、氮化镓铟、氮化铝铟、氮化铝镓铟及其组合。

进一步，在步骤(c)及步骤(e)中，所述氯气的流量为1标准升/分钟～100标准升/分钟。

进一步，在步骤(c)及步骤(e)中，所述中止生长的时间为10秒～60分钟。