[发明专利]一种氮化镓材料的外延结构及制备方法

说明书

本发明提供一种氮化镓材料的外延结构及制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：提供一碳化硅衬底，并对所述碳化硅衬底进行表面处理；在所述碳化硅衬底上生长铝涂层；在所述铝涂层上生长Al_xGa_1‑xN缓冲层，其中Al_xGa_1‑xN中x为0.2~0.3；在所述Al_xGa_1‑xN缓冲层上生长氮化镓外延层。该方法工艺简单，解决了大尺寸碳化硅衬底上生长氮化镓外延层的翘曲问题。

技术领域

本发明涉及半导体材料外延生长技术领域，具体涉及一种氮化镓材料的外延结构及制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽带隙半导体材料，以其高热导、高的电子饱和漂移速度、高击穿电场、较强的抗辐射能力及化学稳定性高等特点在微波器件领域具有很高的应用价值，更有望在航空、高温辐射、雷达、通信、汽车电子等方面发挥重要的作用。由于GaN单晶衬底的制备非常困难，大部分GaN基器件都是在异质衬底上通过异质外延的方法而制备的，这些异质衬底主要包括硅(Si)、碳化硅(SiC)和蓝宝石，但由于蓝宝石和Si衬底与GaN之间的晶格失配比较大(蓝宝石与GaN的晶格失配16.1％，Si衬底与GaN的晶格失配约17％)，生长的GaN单晶具有较高的位错密度和较大的应力。SiC衬底与GaN的晶格失配度小为3.5％，且具有优良的导热性能，导热率达到4.9w/cm·k，因此在高频大功率GaN器件材料制备过程中首先SiC作为衬底材料，比如目前5G基站中的功率放大器件必须采用SiC衬底的氮化镓材料器件。但由于SiC与GaN之间存在24％的热失配，使得SiC衬底上生长的GaN薄膜完成后会出现翘曲较大的问题，特别随着衬底衬尺寸增加，翘曲问题会更加凸显。

发明内容

针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种氮化镓材料的外延结构及制备方法，用于解决大尺寸SiC衬底上生长的GaN外延膜翘曲大，均匀性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化镓外延层的制备方法至少包括以下步骤：

提供一碳化硅衬底，并对所述碳化硅衬底进行表面处理；

在所述碳化硅衬底上生长铝涂层；

在所述铝涂层上生长Al_xGa_1-xN缓冲层，其中所述Al_xGa_1-xN中的x为0.2～0.3；

在所述Al_xGa_1-xN缓冲层上生长氮化镓外延层。

于本发明的一实施例中，对所述碳化硅衬底进行表面处理包括将所述碳化硅衬底在氢气气氛下进行退火处理，其中，所述退火处理的温度为1020～1070℃，压力为100～200mbar，氢气流量为130～160L/min，时间为5～10min。

于本发明的一实施例中，在所述碳化硅衬底上生长铝涂层包括提供铝源三甲基铝，其中三甲基铝的流量为30sccm，时间为10～30s，控制生长温度为1010～1050℃，生长压力为50～80mbar。

进一步的，形成的所述铝涂层的厚度为0.5～1.5nm。

于本发明的一实施例中，在所述铝涂层上生长Al_xGa_1-xN缓冲层包括，提供镓源三甲基镓、铝源三甲基铝和氮源氨气，其中三甲基镓流量130sccm，三甲基铝流量为350～400sccm，生长过程中Ⅴ/Ⅲ摩尔比为200～270，控制生长温度为1010～1050℃，控制生长压力为45～65mbar。

进一步的，形成的所述Al_xGa_1-xN缓冲层的厚度为70～100nm。