[发明专利]硅衬底上横向外延生长氮化镓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子信息技术领域，更具体地说，涉及一种硅衬底上横向外延生长氮化镓的方法

背景技术

III-V族氮化嫁(GaN)及其化合物半导体，作为第三代半导体材料的典型代表，因其独特的物理、化学和机械性能，在光电子和微电子领域有着巨大的应用前景。但由于GaN体单晶制备的困难和缺少与之相匹配的异质衬底材料，目前商业化的led主要是在蓝宝石衬底和碳化硅衬底上进行外延生长。Si衬底具有成本低、易解理、易得到大面积高质量商业化衬底以及硅基器件易于集成等优点。硅衬底GaN基材料生长及器件应用所取得的进展引起了人们极大的兴趣。然而Si衬底与GaN之间具有较大的热失配和晶格失配，导致Si衬底上外延的GaN薄膜出现高缺陷密度，严重制约Si衬底GaN基材料的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述Si衬底上外延的GaN薄膜出现高缺陷密度的缺陷，提供一种硅衬底上横向生长氮化镓的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种硅衬底上横向生长氮化镓的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1)在硅衬底表面外延一层AlN种子层，充NH3；

A2)快速降温导致AlN龟裂，AlN龟裂后将沿多个方向形成条行的裂纹，在裂纹的地方因NH3的存在而形成SiN；

A3)原位生长SiN，在裂缝处SiN进一步长厚，在AlN上面SiN形成零星的分布，形成一层掩膜；

A4)在SiN掩膜的AlN种子层上外延氮化镓，直到GaN完全合并为止。

在本发明所述的硅衬底上横向生长氮化镓的方法中，所述AlN种子层厚度在5nm～300nm之间。

在本发明所述的硅衬底上横向生长氮化镓的方法中，所述AlN上面SiN的厚度在1nm～50nm之间。

在本发明所述的硅衬底上横向生长氮化镓的方法中，在所述步骤A4中包括如下步骤，

A4.1)所述GaN在AlN种子层上生长，而在有SiN的地方不生长；

A4.2)当GaN生长1～50nm厚度，改变工艺参数。

在本发明所述的硅衬底上横向生长氮化镓的方法中，在所述步骤A4.2中，改变工艺参数具体如下，增大NH3流量20％至100％，升高温度10度至100度。

在本发明所述的硅衬底上横向生长氮化镓的方法中，所述硅衬底为Si(111)或Si(100)。

实施本发明的硅衬底上横向生长氮化镓的方法，具有以下有益效果：由于本发明的硅衬底上横向生长氮化镓的方法，采用，使得氮化镓有纵向生长的还有横向生长的，使得位错弯曲，减少了位错，克服了Si衬底与GaN之间具有较大的热失配和晶格失配导致在Si衬底上外延的GaN薄膜出现高缺陷密度的缺陷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是ALN层未龟裂前的结构示意图；

图2是ALN层龟裂后长出纵向的SiN层的结构示意图；

图3是ALN层龟裂后长出纵向和横向的SiN层的结构示意图；

图4是在SiN层上长出GaN层的结构式意图。

具体实施方式

结合图1至图4描述本发明的硅衬底上横向生长氮化镓的方法。具体包括如下步骤：

S1)为在Si衬底2表面外延一层AlN种子层1。如图1所示。其中AlN种子层厚度在5nm～300nm之间。硅衬底为Si(111)或Si(100)。

S2)然后快速降温导致AlN种子层1龟裂，AlN种子层1龟裂后将沿多个方向形成条行的裂纹，在裂纹的地方因NH3的存在而形成SiN层3，如图2所示。

S3)原位生长SiN，在裂缝处SiN进一步长厚，最后在AlN种子层1上面SiN层3形成零星的分布，形成一层掩膜(此处的SiN为横向外延)，如图3所示。AlN上面SiN的厚度在1nm～50nm之间。

S4)在SiN掩膜的AlN种子层1上外延GaN层4，直到GaN层4完全合并为止，如图4所示。GaN在AlN种子层上生长，而在有SiN的地方不生长。当GaN生长到一定厚度改变工艺参数(载气流量、压力、NH3流量、温度、压力、镓源流量)，例如增大NH3流量20％至100％，升高温度10度至100度。使GaN横向生长速度加快，最终合并在一起。

通过步骤S1和S2，SiN形成网状分布，作为掩膜，横向外延，位错弯曲，减少位错，解决了因Si和GaN之间存在较大的热失配和晶格失配导致的Si衬底和GaN薄膜之间出现高缺陷密度的问题，减少错位，提高了Si衬底和GaN基材的应用。