一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种限制GaN外延薄膜的裂纹生长、表面形貌均匀且工艺相对简单、易于实现的Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法。采用的技术方案包括：采用MOCVD系统进行外延生长以及Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法，其特征在于：其外延结构依次为Si衬底、预铺铝层、低温氮化铝（AlN）缓冲层、高温氮化铝（AlN）缓冲层、氮化镓铝（AlxGa1‑xN）层、氮化镓（GaN）薄膜层，其中，低温AlN缓冲层为低温AlN三维成核层，高温AlN缓冲层为高温AlN二维成核层，Al

A method of epitaxial growth of GaN film on Si substrate

The invention relates to a method for epitaxial growth of GaN film on Si substrate, which limits the crack growth of Gan epitaxial film, has uniform surface morphology and relatively simple process and is easy to realize. The technical scheme adopted includes: the method of epitaxial growth by MOCVD system and the method of epitaxial growth of GaN film on Si substrate, which is characterized in that: the epitaxial structure is successively Si substrate, pre laid aluminum layer, low temperature aluminum nitride (AlN) buffer layer, high temperature aluminum nitride (alxga1 \u2011 xn) buffer layer, and low temperature AlN buffer layer, among which, the low temperature AlN buffer layer It is a three-dimensional nucleation layer of AlN at low temperature and a two-dimensional nucleation layer of AlN at high temperature

【技术实现步骤摘要】
一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法
本专利技术属于半导体薄膜材料
，具体涉及一种硅（Si）衬底上外延生长氮化镓（GaN）薄膜的方法。
技术介绍
以GaN为代表的第三代宽禁带直接带隙半导体材料是近年来国际上备受重视的新型半导体材料，其优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，使其成为短波长半导体光电子器件和高频、高压、高温微电子器件制备的最优选材料。传统该领域生长GaN薄膜的衬底大多为蓝宝石（Al2O3）、铝酸锂（LiAlO2）、碳化硅（SiC）、砷化镓（GaAs）等。其中蓝宝石和SiC衬底外延生长GaN薄膜已经非常成熟化，但是其本身的价格较高，特别是SiC价格更加昂贵，并且像蓝宝石本身散热效果不好，很难实现大尺寸外延生长，大大增加了制造成本。因此，现在通常采用Si片作为衬底上外延生长GaN薄膜，很大程度上降低了GaN薄膜的生产成本，并且可实现大尺寸，导热性好等，使其更具有市场竞争力。但由于Si和GaN之间存在较大的晶格失配（17%）、热失配（56%）以及回熔刻蚀等问题，导致GaN外延薄膜出现裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法，采用MOCVD系统进行外延生长，其特征在于：其外延结构依次为Si衬底（1）、预铺铝层（2）、低温AlN缓冲层（3）、高温AlN缓冲层（4）、Al

【技术特征摘要】
1.一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法，采用MOCVD系统进行外延生长，其特征在于：其外延结构依次为Si衬底（1）、预铺铝层（2）、低温AlN缓冲层（3）、高温AlN缓冲层（4）、AlxGa1-xN层（5）、GaN薄膜层（6），其中，低温AlN缓冲层（3）为低温AlN三维成核层，高温AlN缓冲层（4）为高温AlN二维成核层，AlxGa1-xN层（5）为AlxGa1-xN应力释放层，GaN薄膜层（6）为最终生长层，其外延生长GaN薄膜的方法包括以下步骤：
步骤1：将Si衬底在高温以及H2状态下Desorption，时间为8-15min,以起到还原Si片氧化物的作用；
步骤2：在Si衬底上进行预铺铝层，该预铺铝层起到防止SiN非晶体以及GaSi合金形成的作用；
步骤3：在步骤2的预铺铝层上生长低温AlN三维成核层，生长厚度为10-40nm；
步骤4：在步骤3的低温AlN三维成核层上继续生长高温AlN二维成核层，生长厚度为50-200nm；
步骤5：在步骤4的高温AlN二维成核层上继续生长AlxGa1-xN应力释放层，生长厚度为300-600nm；
步骤6：在步骤5的AlxGa1-xN应力释放层生长GaN薄膜层，生长厚度为0.8-1.5μm。


2.根据权利要求1所述的Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法，其特征在于：
步骤1中：所述Si衬底在反应室内的H2状态下Desorption的温度控制在920-960℃，时间控制在8-15min；
步骤2中：步骤1的Desorption结束后，在H2状态下，在Si衬底上进行预铺铝层，温度控制在960-1000℃，反应室压力控制在40-60mbar,通入TMAl作为Al源，时间控制在26-46s；
步骤3中：在完成步骤2的预铺铝层后进行低温AlN三维成核层的生长，在此层中采用两路NH3分别为NH3_1和NH3_2,步骤为：在H2状态下，在980-1020℃,...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟蓉，仇成功，彭鹏，甄龙云，薛遥，李冬冬，周建华，
申请(专利权)人：温州大学，陕西光电子集成电路先导技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33