[发明专利]GaN外延片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种GaN外延片及其制备方法，所述GaN外延片从下至上依次包括：异质衬底；第一GaN层，所述第一GaN层的上表面具有多个位错坑；第一非晶态氮化硅颗粒，所述第一非晶态氮化硅颗粒中的至少一部分位于所述多个位错坑中；以及第二GaN层。GaN外延片的制备方法依次包括下列步骤：1)在异质衬底上形成第一GaN层；2)将第一GaN层的上表面进行湿法腐蚀以得到多个位错坑；3)在所述第一GaN层的上表面上沉积第一非晶态氮化硅颗粒；4)在所述第一GaN层的上表面和所述第一非晶态氮化硅颗粒上形成第二GaN层。本发明的制备工艺简单，成本低廉，且能极大地降低GaN外延片的位错密度。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种GaN外延片及其制备方法。

背景技术

以GaN为主的III-V族氮化物材料具有宽直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，是制造短波长、高亮度的发光器件、半导体激光器、紫外探测器和高温、高频微电子器件的理想材料。

由于GaN同质衬底非常昂贵，目前通常在异质衬底上进行外延生长GaN材料。然而在异质衬底上外延生长的GaN与异质衬底有很大的晶格失配和热失配，使得外延生长的GaN有很高的位错密度，通常达10⁸～10¹⁰cm^-2。GaN中的位错严重影响半导体器件的性能，尤其是对紫外波长的发光器件和半导体激光器。

为了制备高性能的GaN基光电子器件以及电力电子器件，需要获得低位错密度的GaN外延片。

现有技术通常采用图形化蓝宝石衬底、侧向外延过生长法等降低GaN位错密度，但是这些技术方法复杂、成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种GaN外延片，所述GaN外延片从下至上依次包括：

异质衬底；

第一GaN层，所述第一GaN层的上表面具有多个位错坑；

第一非晶态氮化硅颗粒，所述第一非晶态氮化硅颗粒中的至少一部分位于所述多个位错坑中；以及

第二GaN层。

优选的，所述第一非晶态氮化硅颗粒的平均尺寸为100纳米～300纳米，且表面覆盖率为30％～95％。

优选的，所述第一非晶态氮化硅颗粒的平均尺寸为150纳米～250纳米，且表面覆盖率为40％～60％。

优选的，所述第一GaN层为非掺杂的GaN，其厚度为3微米～4.5微米，所述第二GaN层为非掺杂的GaN或n型GaN，其厚度为2微米～4微米。

优选的，所述第二GaN层的上表面具有多个位错坑，所述GaN外延片还包括：

位于所述第二GaN层的上表面上的多个位错坑中的第二非晶态氮化硅颗粒；以及

位于所述第二GaN层的上表面和所述第二非晶态氮化硅颗粒上的第三GaN层。

本发明的GaN外延片的位错密度低，适于制造高性能的短波长发光器件以及半导体激光器。

本发明还提供了一种GaN外延片的制备方法，依次包括下列步骤：

1)在异质衬底上形成第一GaN层；

2)将第一GaN层的上表面进行湿法腐蚀以得到多个位错坑；

3)在所述第一GaN层的上表面上沉积第一非晶态氮化硅颗粒；

4)在所述第一GaN层的上表面和所述第一非晶态氮化硅颗粒上形成第二GaN层。