[发明专利]一种GaN复合薄膜及在Si衬底上形成GaN复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制造领域，更具体地，涉及一种GaN复合薄膜及在Si衬底上形成GaN复合薄膜的方法。

背景技术

在半导体科学和技术的发展过程中，一般将硅(Si)、锗(Ge)称为第一代半导体材料，将砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)及其固溶体称为第二代半导体材料。随着Si和GaAs半导体材料技术的成熟、半导体晶体管和集成电路的发明、半导体激光器的诞生，人类逐渐进入了信息时代。以氮化镓GaN为代表的III族氮化物材料包括了GaN、AlN、InN以及它们的三元和四元合金材料(AlGaN、InGaN和AlInGaN等)，称为第三代半导体材料。它们的禁带宽度(0.8～6.2eV)覆盖了从红外到深紫外这一重要波段，因此在发光二极管(LED)、激光器(LD)、探测器(PD)、太阳能电池等方面有着广泛的应用。另一方面，由于GaN基材料的禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和速率高、热稳定性好、抗腐蚀性强等优点，使其在微电子器件领域也有广泛的应用前景，适合于在高温、大功率及恶劣环境下工作。

与蓝宝石和SiC衬底相比，Si衬底有价格便宜、制造工艺简单、便于集成等优点。但是由于衬底与外延有很大的晶格失配及热失配，使得在Si衬底上生长GaN很困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种在Si衬底上形成GaN复合薄膜的方法，该方法能够提供较大的初始压应力和较小的初始位错密度，从而增大压应力转变为张应力的厚度，最终获得无裂纹、高质量的GaN复合外延薄膜材料。

作为本发明的一个方面，本发明提供了一种在Si衬底上形成的GaN复合薄膜，包括：

-在Si衬底10上形成的缓冲层11；

-在缓冲层11上形成的GaN外延层18。

其中，在所述缓冲层11和GaN外延层18之间还顺次形成有Si_xN_y非晶层12、第一GaN层13、第一插入层14、第二GaN层15、第二插入层16和第三插入层17；以及

所述Si_xN_y非晶层12的厚度为几个原子层的厚度，从而GaN能够在没有被Si_xN_y非晶层12覆盖的缓冲层11的小岛上成核生长。

优选地，所述缓冲层11采用720℃到800℃之间沉积的AlN，优选为720℃沉积的AlN。

优选地，所述第一插入层14和第二插入层16采用720℃沉积的AlN，所述第三插入层17采用AlGaN。

优选地，所述的在Si衬底10上形成各层的方法包括HVPE、MOCVD、PECVD、LPCVD。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供一种在Si衬底上形成GaN复合薄膜的方法，包括以下步骤：

在Si衬底10上形成缓冲层11；

在所述缓冲层11上形成GaN外延层18。

其中，在所述缓冲层11上形成GaN外延层18的步骤依次包括：

在所述缓冲层11上形成Si_xN_y非晶层12；

在没有被Si_xN_y非晶层12覆盖的缓冲层11的小岛上形成第一GaN层13；

在所述第一GaN层13上形成第一插入层14；

在所述第一插入层14上形成第二GaN层15；

在所述第二GaN层15上形成第二插入层16；

在所述第二插入层16上形成第三插入层17；

在所述第三插入层17上形成GaN外延层18。

其中，在Si衬底10上形成缓冲层11的步骤之前，还包括在Si衬底10上预先沉积几个原子层厚度的Al的步骤。

优选地，所述缓冲层11采用720℃沉积的AlN，所述插入层14和插入层16采用720℃沉积的AlN，所述插入层17采用AlGaN。

优选地，所述的在Si衬底10上形成各层的方法包括HVPE、MOCVD、PECVD、LPCVD。

通过上述技术方案可知，本发明的在Si衬底上外延生长GaN复合薄膜的方法可以实现无裂纹、高质量的生长，从而得到高电阻、低位错的GaN薄膜。

附图说明

图1是根据本发明的方法在Si衬底上形成GaN复合薄膜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。