[发明专利]表面无微裂纹的Si基III族氮化物外延片有效

专利信息
申请号: 201410394782.1 申请日: 2014-08-13
公开(公告)号: CN104201196B 公开(公告)日: 2017-07-28
发明(设计)人: 倪金玉;潘磊 申请(专利权)人: 中国电子科技集团公司第五十五研究所
主分类号: H01L29/15 分类号: H01L29/15;H01L21/205;C30B25/22
代理公司: 南京君陶专利商标代理有限公司32215 代理人: 沈根水
地址: 210016 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要: 发明是表面无微裂纹的Si基III族氮化物外延片,其特征是包括Si衬底、二层AlN成核层、三层Al组分递减的AlxGa1−xN中间层、一层AlaGa1‑aN/AlbGa1‑bN超晶格中间层、二层GaN沟道层、和三层势垒层自下而上依次构成。优点本发明生长的Si基III族氮化物异质结,与现有技术相比,表面质量高,无微裂纹。并且可以通过在本发明的外延层结构中采用平均Al组分较低的组分递减AlGaN中间层来达到表面形貌改善的目的,因此有助于降低金属有机物源和氨气之间预反应的影响,改善外延层的晶体质量,并提高外延层的生长速率。
搜索关键词: 表面 裂纹 si iii 氮化物 外延
【主权项】:
表面无微裂纹的Si基III族氮化物外延片,其特征是包括Si衬底、二层AlN成核层、三层Al组分递减的AlxGa1−xN中间层、一层AlaGa1‑aN/AlbGa1‑bN超晶格中间层、二层GaN沟道层、和三层势垒层自下而上依次构成,表面无微裂纹的Si基III族氮化物外延片的生长方法,包括如下步骤:采用金属有机物化学气相淀积MOCVD工艺,1)采用直径101.6mm的111面单晶Si为衬底,在进行氮化物外延层的生长之前,通过氢氟酸基的腐蚀液去除Si衬底表面的氧化膜,然后,将它置于MOCVD设备的反应室中;2)在反应室压力为6.65kPa的氢气气氛下加热Si衬底到1000oC,进行10min的热退火;3)维持反应室压力不变,将衬底温度降低到900oC,通入流速为10L/min的氨气和流速为86μmol/min的三甲基铝TMA,生长厚度为100nm的第一AlN成核层,生长时间为1800s,接着将衬底温度提高到1030oC,在源流速不变的条件下,生长厚度为100nm的第二AlN成核层,生长时间为1800s;4)向反应室中通入流速为86μmol/min的TMA,23μmol/min的三甲基镓TMG和6L/min的氨气,生长Al组分为0.75的第一AlxGa1−xN中间层,生长厚度为350nm,生长时间为3000s,接着,通入流速为86μmol/min的TMA,61μmol/min的TMG和6L/min的氨气,生长Al组分为0.55的第二AlxGa1−xN中间层,生长厚度为500nm,生长时间为4000s,再接着,通入流速为65μmol/min的TMA,124μmol/min的TMG和6L/min的氨气,生长Al组分为0.35的第三AlxGa1−xN中间层,生长厚度为300nm,生长时间为1000s,至此,形成Al组分递减的AlxGa1−xN中间层结构;5)维持反应室压力和衬底温度不变,在第三Al组分递减的AlxGa1−xN中间层上生长60个周期10nm厚Al0.23Ga0.77N/12nm厚Al0.32Ga0.68N的AlaGa1‑aN/AlbGa1‑bN超晶格中间层;其中Al0.23Ga0.77N层生长时通入流速为86μmol/min的TMA,194μmol/min的TMG和6L/min的氨气,Al0.32Ga0.68N层生长时通入流速为86μmol/min的TMA,117μmol/min的TMG和6L/min的氨气,超晶格中间层总的厚度为1300nm,总的生长时间为4500s;6)停止向反应室通入Al源,并将衬底温度降低到1000oC,将反应室压力提高到13.3kPa,通入流速为311μmol/min的TMG和10L/min的氨气,生长厚度为500nm的第一GaN沟道层,生长时间为600s,接着将反应室压力进一步提高到66.5kPa,在源流速不变的条件下,生长厚度为400nm的GaN层,生长时间为1000s;7)将衬底温度提高到1030oC,并将反应室压力降低到13.3kPa,通入流速为52μmol/min的TMA和6L/min的氨气,生长厚度为1nm的AlN插入层,通入流速为32μmol/min的TMA,74μmol/min的TMG和6L/min的氨气,生长Al组分为0.25的Al0.25Ga0.75N有源层,生长厚度为25nm,通入流速为194μmol/min的TMG和10L/min的氨气,生长厚度为3nm的GaN盖帽层,至此,形成包含AlN插入层、Al0.25Ga0.75N有源层和GaN盖帽层的势垒层;至此,表面平整光滑,无微裂纹的Si基Al0.25Ga0.75N/GaN异质结材料生长完成。
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