[发明专利]用于氮化物外延衬底的原位处理方法及衬底

说明书

本发明适用于氮化物材料制备方法技术领域，提供了一种用于氮化物外延衬底的原位处理方法及衬底。其中处理方法包括：提供一衬底，衬底设于MOCVD反应室内；生长氮化物薄膜：在第一预设温度下，向反应室内通入氢气、MO源和氨气，在衬底的第一表面上生长岛状的氮化物薄膜，当生长的氮化物薄膜达到第一预设厚度时，关闭MO源和氨气；刻蚀氮化物薄膜：在第一预设时间内，将温度升高到第二预设温度，持续通入的氢气对氮化物薄膜的表面进行刻蚀，岛与岛结界处的氮化物分解；循环进行生长氮化物薄膜和刻蚀氮化物薄膜的步骤，形成具有开孔的图形化掩膜层，图形化掩膜层用于生长氮化物外延。本申请提供的氮化物外延材料的生长方法简单，可有效减少位错密度。

技术领域

本发明属于氮化物材料制备方法技术领域，尤其涉及一种用于氮化物外延衬底的原位处理方法及衬底。

背景技术

由GaN、AlN、InN等构成的III族氮化物为直接带隙半导体，其带隙宽度可以从InN的0.7eV到AlN的6.2eV实现连续可调，其波长可涵盖红、黄、绿到紫外光谱范围，而且大的禁带差使得利用III族氮化物制备出的异质结、量子阱、超晶格等具有优越的器件特性，因此，利用GaN、AlN、InN等构成的III族氮化物对于制造新型半导体器件有重要的意义。

目前，GaN基半导体材料主要是在蓝宝石、Si、SiC等衬底上异质外延进行的。为了减少由于异质衬底与外延层之间晶格失配引起的位错密度，因此侧向外延(ELOG)和选区生长(SAG)等技术被广泛应用到氮化物材料外延中。

然而，传统的ELOG和SAG技术需要介质沉积、光刻、刻蚀等复杂的半导体工艺技术，工艺繁琐，成本较高，从而制约了该技术的广泛应用。因此，如何简化工艺，成为侧向外延和选区生长等技术能否在氮化物材料外延领域广泛应用的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于氮化物外延衬底的原位处理方法及衬底，旨在解决现有技术工艺复杂，无法改善氮化物外延的质量的问题。其通过在衬底上预先制备一层图形化氮化物薄膜层作为掩膜层，利用氮化物外延生长选择性的特点，从而减少了外延层中的位错密度。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了用于氮化物外延衬底的原位处理方法，包括：

提供一衬底，所述衬底设于MOCVD反应室内；

生长氮化物薄膜：在第一预设温度下，向所述反应室内通入氢气、MO源和氨气，在所述衬底的第一表面上生长岛状的氮化物薄膜，当生长的氮化物薄膜达到第一预设厚度时，关闭MO源和氨气；

刻蚀氮化物薄膜：在第一预设时间内，将温度升高到第二预设温度，持续通入的氢气对所述氮化物薄膜的表面进行刻蚀，岛与岛结界处的氮化物分解；其中，所述第二预设温度高于所述第一预设温度；

循环进行所述生长氮化物薄膜和所述刻蚀氮化物薄膜的步骤，形成具有开孔的图形化掩膜层，具有所述图形化掩膜层的衬底用于生长氮化物外延材料。

本申请实施例提供的用于氮化物外延衬底的原位处理方法，通过首先在衬底表面生长岛状的氮化物薄膜，然后利用氢气高温刻蚀氮化物薄膜，使的氮化物薄膜在岛状氮化物薄膜与岛状氮化物薄膜结界处分解，从而露出分解处的衬底。重复进行氮化物薄膜生长和刻蚀，从而得到带有随机分布开孔的图形化掩膜层，即部分区域衬底上没有氮化物薄膜，部分区域衬底上设有氮化物薄膜。其中，在衬底上留下的氮化物薄膜可作为后续外延生长的掩膜层。没有氮化物薄膜的区域为窗口区，由于表面能的不同，后续外延材料会在窗口区内首先快速生长。且该处理方法工艺简单，可广泛使用。

在一种可能的实现方式中，所述生长的氮化物薄膜的材料为GaN、AlN、BN、InN、AlGaN、InGaN、BGaN或BAlN中的一种或几种的组合。

一些实施例中，所述第一预设厚度的范围为10nm-200nm。

在一种可能的实现方式中，所述第一预设温度的范围为700℃-1200℃。