氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法技術(shù)

一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，包括：提供襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層上形成氮化鎵子層；刻蝕部分所述氮化鎵子層；多次重復(fù)所述形成所述氮化鎵子層以及刻蝕部分所述氮化鎵子層的步驟，在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。上述方法可以形成低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量的氮化鎵層。

Epitaxial growth method of gallium nitride film material

A method including epitaxial growth of GaN thin film materials: providing a substrate; a buffer layer formed on the surface of the substrate; forming a gallium nitride layer on the buffer layer; etching a portion of the GaN layer; repeated the formation of the GaN layer and etching steps of parts of the GaN layer. In the GaN buffer layer is formed by the surface layer. The method can form low dislocation density and high crystal quality GaN layer.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體
，尤其涉及一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法。
技術(shù)介紹
氮化鎵基半導(dǎo)體薄膜材料是應(yīng)用于紫外/藍(lán)光/綠光發(fā)光二極管(LED)、激光器、光電探測(cè)器的核心基礎(chǔ)材料。同時(shí)，其優(yōu)良的高擊穿電壓、大功率、高頻、抗輻射和高溫特性在氮化鎵基高電子遷移率晶體管(HEMT)微波射頻和功率器件(電力電子)等領(lǐng)域有著廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。目前，氮化鎵薄膜材料通常異質(zhì)外延生長(zhǎng)在其它材料的襯底上如藍(lán)寶石、碳化硅、硅等。由于存在晶格和熱膨脹系數(shù)的差異以及界面化學(xué)問題的影響，通常得到的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量較差，需采用各種技術(shù)來提高材料晶體質(zhì)量，如低溫緩沖層法、組分漸變層法、襯底圖形化方法、位錯(cuò)過濾插入層法等。特別對(duì)于大晶格失配的襯底如硅，外延生長(zhǎng)技術(shù)的提高對(duì)外延材料的晶體質(zhì)量改善起到至關(guān)重要作用。高晶體質(zhì)量的外延材料是氮化鎵得以應(yīng)用于各種光電或電子器件的前提。因此，為了降低位錯(cuò)密度，緩解應(yīng)力，提高晶體質(zhì)量，發(fā)展新的外延技術(shù)仍然是氮化鎵薄膜材料異質(zhì)外延生長(zhǎng)面臨的技術(shù)課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，提供一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，以提高形成的氮化鎵薄膜材料的質(zhì)量和性能。為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，包括：提供襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層上形成氮化鎵子層；刻蝕部分所述氮化鎵子層；多次重復(fù)所述形成氮化鎵子層以及刻蝕部分所述氮化鎵子層的步驟，在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。可選的，采用干法刻蝕工藝刻蝕部分所述氮化鎵子層，所述干法刻蝕工藝采用的氣體包括刻蝕氣體和載氣，所述刻蝕氣體為Cl2或F2。可選的，所述干法刻蝕工藝采用的氣體中，Cl2或F2的流量為2slm～10slm，體積比為2％～10％。可選的，所述氮化鎵子層的厚度為200nm～800nm。可選的，所述氮化鎵層的厚度為1μm～8μm。可選的，在形成氮化鎵子層后，中止生長(zhǎng)一預(yù)設(shè)時(shí)間后，再對(duì)所述氮化鎵子層進(jìn)行刻蝕。可選的，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為1s～60min。可選的，所述緩沖層的材料包括三氧化二鋁、氧化鉿、氧化鈦、氮化鈦、氮化鋁、氮化鋁鎵或氮化鎵中的一種或多種。可選的，所述襯底材料包括藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氧化鋅、氧化鋁、鋁酸鋰或氮化鎵中的一種或多種。本專利技術(shù)的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法通過干法刻蝕工藝刻蝕掉部分晶體質(zhì)量差、缺陷多的氮化鎵子層，造成外延生長(zhǎng)的界面起伏，過濾位錯(cuò)，緩解氮化鎵子層與襯底間存在的晶格不匹配及熱失配等問題，從而可獲得低位錯(cuò)密度、高晶體質(zhì)量的氮化鎵層。附圖說明圖1為本專利技術(shù)一具體實(shí)施方式的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法的流程示意圖；圖2至圖6為本專利技術(shù)一具體實(shí)施方式的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)提供的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。請(qǐng)參考圖1，為本專利技術(shù)一具體實(shí)施方式的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法的流程示意圖。所述氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法包括:步驟S101：提供襯底；步驟S102：在所述襯底表面形成緩沖層；步驟S103：在所述緩沖層上形成氮化鎵子層；步驟S104：刻蝕部分所述氮化鎵子層；步驟S105：多次重復(fù)所述步驟S103和步驟S105，在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。請(qǐng)參考圖2至圖6為本專利技術(shù)一具體實(shí)施方式的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參考圖2，提供襯底200。所述襯底200的材料可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氧化鋅、鋁酸鋰、氮化鋁或氮化鎵等。并且在進(jìn)行后續(xù)工藝之前，需要對(duì)襯底表面進(jìn)行充分清洗。所述襯底的尺寸可以是2英寸、4英寸、6英寸、8英寸或12英寸。請(qǐng)參考圖3，在所述襯底200表面形成緩沖層300。所述緩沖層300的晶格常數(shù)通常介于襯底200和氮化鎵之間，所述緩沖層300用于緩解后續(xù)待形成的氮化鎵層與襯底200之間的應(yīng)力，減少后續(xù)形成的氮化鎵層內(nèi)的位錯(cuò)等缺陷。本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，可以采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積工藝、分子束外延工藝、氫化物氣相外延工藝或原子層外延工藝形成所述氮化物層采用原子層沉積工藝形成所述緩沖層300。所述緩沖層300可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是由不同材料層組成的多層結(jié)構(gòu)。所述緩沖層300材料包括：三氧化二鋁、氧化鉿、氧化鈦、氮化鈦、氮化鋁、氮化鋁鎵或氮化鎵中的一種或多種。所述緩沖層300為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，不同層的晶格常數(shù)逐漸發(fā)生變化，位于襯底200表面附近的晶格常數(shù)最接近襯底200的晶格常數(shù)，頂層的晶格常數(shù)最接近后續(xù)形成的氮化鎵層的晶格常數(shù)，從而可以降低所述緩沖層300內(nèi)由于與襯底200的晶格常數(shù)導(dǎo)致的晶格缺陷，減少緩沖層300與襯底200界面上的界面態(tài)，減少界面上的界面漏電流。當(dāng)所述緩沖層300為單層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以選擇晶格常數(shù)最接近III族金屬氮化物的材料作為緩沖層300的材料。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述緩沖層300的厚度為1nm～100nm。請(qǐng)參考圖4，在所述緩沖層300上形成氮化鎵子層401。所述氮化鎵子層401可以采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積工藝、分子束外延工藝、氫化物氣相外延工藝或原子層外延工藝中的一種或多種工藝形成。在所述緩沖層300表面形成氮化鎵子層401，由于所述緩沖層300與氮化鎵子層401的晶格常數(shù)差異較低，可以有效提高所述氮化鎵子層401的晶體質(zhì)量，降低所述氮化鎵子層401內(nèi)的位錯(cuò)密度，從而提高形成的氮化鎵子層401的質(zhì)量。最終在所述緩沖層300上形成的氮化鎵層由多個(gè)氮化鎵子層構(gòu)成，所述氮化鎵子層401的厚度過小，會(huì)導(dǎo)致沉積次數(shù)增多，影響氮化鎵層的外延效率，而如果氮化鎵子層的厚度過大，會(huì)導(dǎo)致氮化鎵子層的數(shù)量較少，后續(xù)采用刻蝕方法去除的位錯(cuò)數(shù)量較低，導(dǎo)致最終形成的氮化鎵層內(nèi)的位錯(cuò)缺陷依然較多。因此，在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述氮化鎵子層401的厚度可以為200nm～800nm，使得最終形成的氮化鎵層的缺陷較少，具有較高的質(zhì)量。請(qǐng)參考圖5，刻蝕部分所述氮化鎵子層401。采用干法刻蝕工藝刻蝕部分所述氮化鎵子層401，所述干法刻蝕工藝采用的氣體包括刻蝕氣體和載氣。在本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式中，所述干法刻蝕工藝為氣相刻蝕工藝，所述刻蝕氣體為Cl2或F2等對(duì)所述氮化鎵子層401的材料具有腐蝕性的氣體。所述氣相刻蝕工藝的刻蝕速率較為緩慢，不會(huì)對(duì)所述氮化鎵子層401造成較大的損傷。而由于所述氮化鎵子層401表面的位錯(cuò)等缺陷較多處的刻蝕速率與晶格結(jié)構(gòu)完整處相比，刻蝕速率更大，因此，在所述干法刻蝕過程中，主要對(duì)所述氮化鎵子層401表面的缺陷處進(jìn)行刻蝕，刻蝕掉晶體質(zhì)量差、缺陷較多的部分，造成所述氮化鎵子層401表面起伏，從而使得刻蝕后的氮化鎵子層401位錯(cuò)密度低、晶體質(zhì)量高。在本專利技術(shù)的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體為Cl2，流量為2slm～10slm，體積比為2％～10％，載氣為N2。為了能夠去除較多的缺陷同時(shí)避免對(duì)所述氮化鎵子層401的厚度造成較大影響，所述刻蝕時(shí)間可以為0.5min～5min。在本專利技術(shù)的另一具體實(shí)施方式中，在形成氮化鎵子層401后，中止生長(zhǎng)一預(yù)設(shè)時(shí)間后，再對(duì)所述氮化鎵子層401進(jìn)行刻蝕。中止生長(zhǎng)一預(yù)設(shè)時(shí)間，可以使得已生長(zhǎng)的氮化鎵子層401表面晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)使得沉積腔內(nèi)的反應(yīng)氣體被完全排除，有利于通入刻蝕本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，其特征在于，包括：提供襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層上形成氮化鎵子層；刻蝕部分所述氮化鎵子層；多次重復(fù)所述形成氮化鎵子層以及刻蝕部分所述氮化鎵子層的步驟，在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，其特征在于，包括：提供襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；在所述緩沖層上形成氮化鎵子層；刻蝕部分所述氮化鎵子層；多次重復(fù)所述形成氮化鎵子層以及刻蝕部分所述氮化鎵子層的步驟，在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，其特征在于，采用干法刻蝕工藝刻蝕部分所述氮化鎵子層，所述干法刻蝕工藝采用的氣體包括刻蝕氣體和載氣，所述刻蝕氣體為Cl2或F2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，其特征在于，所述干法刻蝕工藝采用的氣體中，Cl2或F2的流量為2slm～10slm，體積比為2％～10％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵薄膜材料外延生長(zhǎng)的方法，其特征在于，所述氮化鎵子層的厚度為2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆發(fā)旺，張峰，趙倍吉，劉春雪，李晨，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海新傲科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31