[发明专利]氮化镓薄膜材料外延生长的方法

说明书

一种氮化镓薄膜材料外延生长的方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成缓冲层；在所述缓冲层上形成氮化镓子层；刻蚀部分所述氮化镓子层；多次重复所述形成所述氮化镓子层以及刻蚀部分所述氮化镓子层的步骤，在所述缓冲层表面形成氮化镓层。上述方法可以形成低位错密度、高晶体质量的氮化镓层。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓薄膜材料外延生长的方法。

背景技术

氮化镓基半导体薄膜材料是应用于紫外/蓝光/绿光发光二极管(LED)、激光器、光电探测器的核心基础材料。同时，其优良的高击穿电压、大功率、高频、抗辐射和高温特性在氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)微波射频和功率器件(电力电子)等领域有着广泛的市场应用前景。

目前，氮化镓薄膜材料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，通常得到的氮化镓薄膜材料的晶体质量较差，需采用各种技术来提高材料晶体质量，如低温缓冲层法、组分渐变层法、衬底图形化方法、位错过滤插入层法等。特别对于大晶格失配的衬底如硅，外延生长技术的提高对外延材料的晶体质量改善起到至关重要作用。高晶体质量的外延材料是氮化镓得以应用于各种光电或电子器件的前提。因此，为了降低位错密度，缓解应力，提高晶体质量，发展新的外延技术仍然是氮化镓薄膜材料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，提供一种氮化镓薄膜材料外延生长的方法，以提高形成的氮化镓薄膜材料的质量和性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种氮化镓薄膜材料外延生长的方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成缓冲层；在所述缓冲层上形成氮化镓子层；刻蚀部分所述氮化镓子层；多次重复所述形成氮化镓子层以及刻蚀部分所述氮化镓子层的步骤，在所述缓冲层表面形成氮化镓层。

可选的，采用干法刻蚀工艺刻蚀部分所述氮化镓子层，所述干法刻蚀工艺采用的气体包括刻蚀气体和载气，所述刻蚀气体为Cl₂或F2。

可选的，所述干法刻蚀工艺采用的气体中，Cl₂或F₂的流量为2slm～10slm，体积比为2％～10％。

可选的，所述氮化镓子层的厚度为200nm～800nm。

可选的，所述氮化镓层的厚度为1μm～8μm。

可选的，在形成氮化镓子层后，中止生长一预设时间后，再对所述氮化镓子层进行刻蚀。

可选的，所述预设时间为1s～60min。

可选的，所述缓冲层的材料包括三氧化二铝、氧化铪、氧化钛、氮化钛、氮化铝、氮化铝镓或氮化镓中的一种或多种。

可选的，所述衬底材料包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氧化铝、铝酸锂或氮化镓中的一种或多种。

本发明的氮化镓薄膜材料外延生长的方法通过干法刻蚀工艺刻蚀掉部分晶体质量差、缺陷多的氮化镓子层，造成外延生长的界面起伏，过滤位错，缓解氮化镓子层与衬底间存在的晶格不匹配及热失配等问题，从而可获得低位错密度、高晶体质量的氮化镓层。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的氮化镓薄膜材料外延生长的方法的流程示意图；

图2至图6为本发明一具体实施方式的氮化镓薄膜材料外延生长过程的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的氮化镓薄膜材料外延生长的方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的氮化镓薄膜材料外延生长的方法的流程示意图。