[发明专利]一种半极性镓氮外延片及其制备方法

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，具体为一种高质量半极性（11‑22）镓氮（GaN）外延片及其制备方法。本发明方法采用金属有机物化学气相外延技术，外延片的制备步骤包括：首先在m面蓝宝石衬底上生长氮化硅（SiN_x）薄层，作为纳米掩模层；然后在SiN_x薄层上生长高温GaN岛；随后控制条件，使得岛间进行非对称性合并；最后持续采用非对称生长条件，生长（11‑22）GaN薄膜。本发明方法制备的高质量半极性（11‑22）GaN外延片，可用于制备高效的紫光到红外波段的发光二极管（LEDs）。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及半极性镓氮（GaN）外延片及其制备方法。

背景技术

传统的c面III族氮化物材料可用于制备高效LEDs与高功率激光器（LDs）[1]。然而生长c面异质结构InGaN/GaN（AlGaN/GaN）材料面临：1、相分离，2、高密度穿透缺陷，3、强的极化场等问题，因此需要运用新的技术来解决或改善以上问题，从而进一步提高现有器件的工作效率，与降低能耗。其中一种方法是在III族氮化物材料的半极性面上生长量子阱结构。由于半极性面具有低的极化场与大的生长窗口等优点，因此可用于制备高效LEDs与高功率LDs[2]。

最近主要用于研究与生产的是（11-22）面和（20-21）面III族氮化物。生长（20-21）面III族氮化物材料需要采用高成本的同质外延衬底或者化学腐蚀的图形衬底[3]；而（11-22）面III族氮化物材料可以在异质外延衬底上生长，因此有望获得低成本的半极性（11-22）面III族氮化物。由于（11-22）面III族氮化物与异质衬底间的晶格与热失配等原因导致生长出来的半极性III族氮化物薄膜中穿透缺陷密度高、表面粗糙，目前仍不能满足高性能器件制备的要求[4]。因此改善与发展生长技术来获得高质量的半极性（11-22）面III族氮化物以及半极性III族氮化物LED具有重要意义。

参考文献：

[1] Science 2005, 308, 1274−1278; Science 1997, 386, 351−359; Science1998, 281, 956; Mater. Today 2011, 14, 408−415.

[2] MRS Bulletin 2009, 34, 318−323; MRS Bulletin 2009, 34, 334−340;Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 201108; Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 085503.

[3] Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 262105; ACS Appl. Mater. Interfaces2017, 9, 14088.

[4] Jpn. J. Appl. Phys., 2006, 45, L154–L157; Phys. Status Solidi C,2008, 5, 1815–1817; Jpn. J. Appl. Phys., Part 1, 2007, 46, 4089–4095; J.Appl. Phys. 2016, 119, 145303; Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 161109; Sci. Rep.2016, 6, 20787。

发明内容

本发明旨在提供一种高质量半极性（11-22）镓氮（GaN）外延片的制备方法。

本发明提供的高质量半极性（11-22）GaN外延片的制备方法，采用MOCVD技术，具体步骤为：

（1）在m面蓝宝石衬底上生长SiN_x薄层，作为纳米掩模层：