[发明专利]一种在Si衬底上制备无裂纹GaN薄膜的方法

摘要

本发明提供一种在Si衬底上制备无裂纹GaN薄膜的方法。先在Si衬底上采用金属有机化学气相外延技术生长高温AlN成核层；然后，依次生长三层其Al组分梯度渐变的应力调控层：第一层为5个周期(30nm)AlxGa1‑xN/(30nm)Al0.5Ga0.5N应力调控层(其中Al组分x从100％变化到50％，插入层厚度0.3微米)；第二层为4个周期(25nm)AlyGa1‑yN/(25nm)Al0.2Ga0.8N应力调控层(其中Al组分y从50％变化到20％，插入层总厚度0.2微米)；第三层为3个周期(20nm)AlzGa1‑zN/(20nm)GaN应力调控层(其中Al组分z从20％变化到零，插入层厚度0.12微米)；在此基础上，生长GaN层(薄膜厚1‑1.5微米)；最终，得到无裂纹、高品质的Si衬底GaN薄膜，可供制备AlGaN/GaN HEMT器件等。

主权项

1.一种在Si衬底上制备无裂纹GaN薄膜的方法，其特征在于，在Si衬底(101)与顶部GaN层(106)之间，采用依次生长三层其Al组分梯度渐变的应力调控层的方法，有效地解决至今异质外延技术尚且存在的应力、翘曲及缺陷，获得无裂纹、高晶体质量的GaN薄膜；所述采用依次生长三层其Al组分梯度渐变的应力调控层的方法，按以下步骤进行：步骤一，在金属有机化合物气相外延反应室中，在氢气(H2)气氛、温度1000℃～1500℃、反应室压力50torr‑100torr下,通入TMAl作为III族源，NH3作为V族源，取V/III比为50～1000，在Si衬底(101)上面，生长AlN成核层(102)，厚度为0.1～0.3微米；步骤二，在氢气(H2)气氛、温度1050℃～1500℃、反应室压力50torr‑100torr下,通入TMAl、TMGa作为III族源，NH3作为V族源，取V/III比为100～1000，在AlN成核层(102)上面，生长5个周期30nm厚AlxGa1‑xN/30nm厚Al0.5Ga0.5N的第一应力调控层(103)，其中Al组分x从100％变化到50％,应力调控层厚度为0.3微米；步骤三，在氢气(H2)气氛、温度1050℃～1500℃、反应室压力75torr‑100torr下,通入TMAl、TMGa作为III族源，NH3作为V族源，取V/III比为100～4000，在第一应力调控层(103)上面，生长4个周期25nm厚AlyGa1‑yN/25nm厚Al0.2Ga0.8N的第二应力调控层(104)，其中Al组分y从50％变化到20％，应力调控层厚度为0.2微米；步骤四，在氢气(H2)气氛、温度1050℃～1500℃、反应室压力100torr‑150torr下,通入TMAl、TMGa作为III族源，NH3作为V族源，取V/III比为100～10000，在第二应力调控层(104)上面，生长3个周期20nm厚AlzGa1‑zN/20nm厚GaN的第三应力调控层(105)，其中Al组分z从20％变化到0，应力调控层厚度为0.12微米；步骤五，在氢气(H2)气氛、温度1000℃～1500℃、反应室压力150torr‑200torr下，通入TMGa作为III族源，NH3作为V族源取V/III比为1000～10000，在第三应力调控层(105)上面，生长GaN层(106)，厚度为1～1.5微米。