[发明专利]改善位错缺陷的外延方法及其外延片

说明书

本发明提出一种改善位错缺陷的外延方法及外延片。所述外延方法包括如下步骤：提供衬底；在衬底表面形成第一调制超晶格缓冲层，用于调节热失配；继续形成第二调制超晶格缓冲层，用于阻断位错；继续形成外延层。本发明通过依次衬底上方设置调节热失配和阻断位错的超晶格缓冲层，通过热膨胀系数调制和阻断位错，能够在衬底上方形成高质量外延层。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种改善位错缺陷的外延方法及其外延片。

背景技术

GaN作为第三代半导体材料，具有高禁带宽度、高临界击穿电场、高载流子饱和迁移速度以及高热导率和直接带隙等特点，在高温、高频、大功率微电子器件以及高性能光电子器件领域具有很大的应用前景。

SiC衬底由于和GaN的晶格失配度小、热导率高，是目前GaN异质外延最理想的衬底材料，但是SiC衬底比GaN的热膨胀系数要小，热失配达33.1％，会导致GaN外延层中存在较大的张应力，进而导致外延层产生裂纹，这对半导体器件性能产生很多不良影响，针对这个问题国内外学者通过优化缓冲层技术来改善薄膜的结晶质量和应力状态，但是随着GaN外延层厚度增加，外延层仍旧避免不了出现裂纹，难以获得高质量的GaN外延层。GaN基HEMT由于异质结构材料存在较强的自发极化、压电激化效应和较大的能带带阶，具有较高的二维电子气密度，但二维电子气密度受外延层材料特性的影响较大，尤其是材料中的位错缺陷，严重影响HEMT器件的性能和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善位错缺陷的外延方法及其外延片，能够改善材料中的位错缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供了一种外延方法，包括如下步骤：提供衬底；在衬底表面形成第一调制超晶格缓冲层，用于调节热失配；继续形成第二调制超晶格缓冲层，用于阻断位错；继续形成外延层。

为了解决上述问题，本发明提供了一种外延片，包括：衬底；衬底表面的第一调制超晶格缓冲层，用于调节热失配；第一调制超晶格缓冲层表面的第二调制超晶格缓冲层，用于阻断位错；以及第二调制超晶格缓冲层表面的外延层。

本发明通过依次设置调节热失配和阻断位错的超晶格缓冲层来提高外延层生长质量。第一调制超晶格缓冲层作为调节热失配的材料，虽然TiN与SiC和GaN、AlN等材料晶格失配比较小，但与外延目标材料和衬底之间仍旧错在较大的晶格差距，因此在生长过程中会产生大量的位错，故还需要生长用于阻断位错的第二超调制超晶格缓冲层。通过上述两层的组合即能够减小晶格失配比，降低热适配应力，避免外延层产生裂纹，又能够阻断位错，有利于高质量外延层生长。

附图说明

附图1所示是本发明所述外延方法的具体实施方式的实施步骤示意图。

附图2A～图2D所示是本发明所述外延方法的具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的改善位错缺陷的外延方法及其外延片的具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本发明所述外延方法的具体实施方式的实施步骤示意图，包括如下步骤：步骤S11，提供衬底；步骤S12，在衬底表面形成第一调制超晶格缓冲层，用于调节热失配；步骤S13，继续形成第二调制超晶格缓冲层，用于阻断位错；步骤S14，继续形成外延层。

附图2A～图2D所示是本发明所述改善位错缺陷的外延方法的具体实施方式的工艺流程图。

附图2A所示，并参考步骤S11，提供衬底20。所述衬底20的材料为SiC、蓝宝石、以及单晶硅的任意一种。作为一种具体实施方式，选用SiC作为衬底20材料。在其他的具体实施方式中，还可以选用蓝宝石或单晶硅作为衬底20材料。