[发明专利]一种外延层生长方法及外延层

说明书

本申请涉及一种外延层生长方法及外延层。在硅衬底上生长氮化镓层之前，会先在硅衬底上生长氮化铝层，利用氮化铝层减小了硅衬底与氮化镓层之间的晶格失配，提升了后续所生长的氮化镓层的晶体质量。而且，生长氮化铝层时铝源是持续通入反应室，而氮源则是脉冲式地通入，氮源的脉冲式通入为铝原子提供了足够的迁移时间，使得铝原子有更多的机会结合硅衬底上最有利的晶格位点，在硅衬底平面生形成更多更小的成核位点，减少了聚结缺陷，提升了氮化铝层的质量，为生长高质量氮化镓层、高质量外延层提供了可靠基础。

技术领域

本申请及半导体技术领域，尤其涉及一种外延层生长方法及外延层。

背景技术

目前，生长GaN(氮化镓)薄膜时通常使用Al₂O₃(蓝宝石)衬底或SiC(碳化硅)衬底。与这些衬底材料相比，Si(硅)衬底具有导热性高、导电性高、尺寸大、可用性强以及成本低等优点，但同时，与蓝宝石衬底和SiC衬底相比，Si与GaN之间的晶格失配更大、热失配更高，高晶格失配会导致GaN薄膜的缺陷密度高，而在在外延层生长结束后的降温过程中，高热失配使GaN薄膜产生更大的张应力，从而产生大量裂纹。

因此，如何在Si衬底上生长高质量的GaN层是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述相关技术的不足，本申请的目的在于提供一种外延层生长方法及外延层，旨在解决在硅衬底上生长的氮化镓层质量不佳的问题。

一种外延层生长方法，包括：

提供一硅衬底并将硅衬底置于反应室中；

持续向反应室中通入铝源，并脉冲式地向反应室中通入氮源，以在硅衬底上生长氮化铝层；

在氮化铝层上依次生长N型氮化镓层、有源层及P型氮化镓层。

上述外延层生长方法中，在硅衬底上生长氮化镓层之前，会先在硅衬底上生长氮化铝层，利用氮化铝层减小了硅衬底与氮化镓层之间的晶格失配，提升了后续所生长的氮化镓层的晶体质量。而且，生长氮化铝层时铝源是持续通入反应室，而氮源则是脉冲式地通入，氮源的脉冲式通入为铝原子提供了足够的迁移时间，使得铝原子有更多的机会结合硅衬底上最有利的晶格位点，在硅衬底平面生形成更多更小的成核位点，减少了聚结缺陷，提升了氮化铝层的质量，为生长高质量氮化镓层、高质量外延层提供了可靠基础。

可选地，持续向反应室中通入铝源，并脉冲式地向反应室中通入氮源之前，还包括：

向反应室中通入铝源，以在硅衬底上生长铝层。

上述外延层生长方法中，在硅衬底上生长氮化铝层之前会先生长铝层，这样铝层中的铝原子会被捕获并吸附在硅衬底表面而不会扩散，避免了直接在硅衬底上生长氮化铝层时导致氮化铝层中的铝原子被硅衬底捕获，使得氮化铝层中出现较多孔洞的问题。同时，先在硅衬底上生长铝层，也避免了直接生长氮化铝层时容易面临的氮化铝岛分布不均的问题，提升了氮化铝层的质量，为高质量氮化镓层、高质量外延层提供了基础。

可选地，向反应室中通入铝源，以在硅衬底上生长铝层包括：

将反应室内的温度设置为950～1100℃，压力设置为50～100mbar，以氢气为载气，向反应室中通入铝源，以在硅衬底上生长铝层。

可选地，向反应室中通入铝源，以在硅衬底上生长铝层之前，还包括：

将反应室内的温度设置为900～1000℃，压力设置为200～400mbar，并向反应室内通入氢气，以去除硅衬底表面的氧化物。

上述外延层生长方法中，在硅衬底上生长铝层之前还会先向反应室内通入氢气，利用氢气去除了硅衬底表面的氧化物，实现了对硅衬底表面的清洁，有利于增强后续在硅衬底上所生长的各层结构的质量。