[发明专利]一种改善氮化镓异质外延与衬底间界面形貌的外延方法

权利要求书

1.一种改善氮化镓异质外延与衬底间界面形貌的外延方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选取衬底，置于金属有机物化学气相沉积材料生长的设备内基座上；

(2)设置反应室的压力为50～150torr，通入氢气，升温至1000～1100℃，在氢气气氛下，烘烤衬底5～15分钟，去除表面沾污；

(3)保持反应室的压力和氢气流量不变，继续升温至1100～1250℃，通入氨气，并保持0.5～3分钟，对衬底表面进行氮化；

(4)保持反应室压力、氢气流量和温度不变，关闭氨气，同时通入铝源，持续供铝源6～24秒；然后，关闭铝源的同时通入氨气，持续供氨6～24秒；重复进行铝源和氨源的分时输运工艺，直至下层氮化铝成核层厚度达到0.5D～0.8D，其中D为氮化铝成核层的总厚度，关闭铝源；

在氨气气氛中，将载气由氢气切换为氮气，待气流稳定后，关闭氨气的同时通入铝源，持续供铝源6～24秒；然后，关闭铝源的同时通入氨气，持续供氨6～24秒；重复进行铝源和氨源的分时输运工艺，生长上层氮化铝成核层，直至氮化铝成核层的总厚度D为25～60nm，关闭铝源；

所述分时输运工艺是，在氮化铝成核层的生长期间，将铝源和氨气分时供应、物理隔离；关闭氨气的同时持续通入铝源，然后关闭铝源的同时持续通入氨气；重复进行该生长模式，直至氮化铝成核层生长结束；

(5)在氨气的氛围中，将温度降至1000～1100℃，反应室的压力升至350～550torr，通入镓源，生长第一氮化镓缓冲层，厚度达到200～600nm时，关闭镓源；保持温度不变，反应室的压力降至150～300torr，通入镓源，生长第二氮化镓缓冲层，厚度到达0.5～2.5μm时，关闭镓源；

(6)保持反应室温度不变，在氨气的气氛中降压，待气流稳定后，通入镓源和铝源，生长铝镓氮Al_xGa_1-xN势垒层，其中铝组分0＜x≤1，达到设定厚度，关闭镓源和铝源；

(7)保持反应室温度、压力不变，通入镓源，生长氮化镓帽层，达到设定厚度，关闭镓源；

(8)外延生长完成之后，在氨气气氛中降温，最后取出氮化镓外延片。

2.根据权利要求1所述的改善氮化镓异质外延与衬底间界面形貌的外延方法，其特征在于，所述步骤(4)中，生成氮化铝成核层的过程中，在采用铝源和氨源的分时输运工艺的同时采用载气转换工艺；所述载气转换工艺是，下层氮化铝成核层载气为氢气，上层氮化铝成核层载气转换为氮气。

3.根据权利要求1所述的改善氮化镓异质外延与衬底间界面形貌的外延方法，其特征在于，步骤(5)中的第一氮化镓缓冲层生长压力的设定，需要结合步骤(4)中的氮化铝成核层表面岛的尺寸进行调整：

当氮化铝成核层表面岛的典型尺寸＜250nm时，第一氮化镓缓冲层的生长压力为450～550torr；

当氮化铝成核层表面岛的典型尺寸≥250nm时，第一氮化镓缓冲层的生长压力为350～450torr。

4.根据权利要求1～3任一项所述的改善氮化镓异质外延与衬底间界面形貌的外延方法，其特征在于，所述衬底为碳化硅单晶、硅、蓝宝石或氮化镓功率器件。