在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法技术

本申请提供一种在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法，该方法包括：在硅基衬底表面生长氮化物成核层；在所述氮化物成核层表面生长氮化物缓冲层；以及在所述氮化物缓冲层的表面依次生长预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层，所述载气是包含至少两种气体的混合气体，在生长所述氮化物成核层和/或所述氮化物插入层的步骤中，调整所述载气中各气体的组分比例，以控制在所述成核层和/或氮化物插入层表面生成氮化物缓冲层的步骤中在所述氮化物缓冲层中产生的压应力。根据该申请，能够得到厚度较厚且晶体质量较高的氮化物外延结构。

Nitride epitaxial structure grown on silicon substrate and its growth method

The invention provides a nitride epitaxial structure grown on a silicon substrate and a growth method thereof, which includes: growing a nitride nucleation layer on the surface of the silicon substrate; growing a nitride buffer layer on the surface of the nitride nucleation layer; and successively growing a predetermined number of layers composed of a nitride insertion layer and a nitride buffer layer on the surface of the nitride buffer layer The carrier gas is a mixture of at least two gases. In the step of growing the nitride nucleation layer and / or the nitride insertion layer, the proportion of each gas component in the carrier gas is adjusted to control the compressive stress generated in the nitride buffer layer in the step of generating the nitride buffer layer on the surface of the nucleation layer and / or the nitride insertion layer. According to the application, the nitride epitaxial structure with thick thickness and high crystal quality can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法
本申请涉及半导体
，尤其涉及一种在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法。
技术介绍
由于发光二极管(LED)和功率电子的广泛应用，氮化物相关器件受到日益广泛的关注。目前氮化物器件可以外延生长在多种衬底上，包括硅、碳化硅、蓝宝石和氮化镓衬底，但是考虑到低成本，及与CMOS工艺相兼容等优势，大尺寸(8英寸及以上)硅基氮化镓材料应用越来越多。然而和小尺寸(2-6英寸)晶圆相比，大尺寸硅基氮化镓生长要困难得多，主要原因在于氮化镓和硅的晶格常数及热膨胀系数适配较大，分别达到16.9％和54％，因此要想制备出无塑性形变和裂痕的外延片，需要控制好高温生长和降温过程中的应力平衡。对于氮化镓基功率器件，其击穿电压通常随着缓冲层厚度的增加而增大，因而如果想获得大击穿电压的器件，缓冲层需要较厚。另一方面较厚的缓冲层可以使外延材料晶格质量提高，这对LED器件也是很有帮助的。对于硅基氮化镓外延生长，如果氮化镓直接生长在硅衬底上，镓会和硅直接发生反应，形成回熔(melt-back)效应，因而在硅衬底上生长一层氮化铝成核层既可以避免该效应，同时又可以使接下来生长的薄膜引入压应力；另外，氮化镓外延层生长中也会通过加入Al(Ga)N插入层的方法引入压应力，从而使高温生长过程中引起足够的压应力和降温过程中的拉应力保持平衡。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本申请的专利技术人发现，现有技术中的方式有时难以方便地调整氮化物外延结构生长过程中的压应力。本申请提供一种在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法，通过调整生成成核层和/或插入层过程中的混和载气的组分比例，能够对外延结构进行应变调控，获得质量良好的较厚氮化物外延层结构。根据本申请实施例的一个方面，提供一种在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法，通过向反应腔通入反应物气体和用于承载该反应物气体的载气，在硅基衬底上生长氮化物外延结构，该方法包括：在硅基衬底表面生长氮化物成核层；在所述氮化物成核层表面生长氮化物缓冲层；以及在所述氮化物缓冲层的表面依次生长预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层，其中，在每一所述叠层中，氮化物缓冲层生长于氮化物插入层的表面，并且，上一叠层的氮化物插入层生长于下一叠层的氮化物缓冲层表面，所述载气是包含至少两种气体的混合气体，在生长所述氮化物成核层和/或所述氮化物插入层的步骤中，调整所述载气中各气体的组分比例，以控制在所述成核层和/或氮化物插入层表面生成氮化物缓冲层的步骤中在所述氮化物缓冲层中产生的压应力。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述压应力小于使所述硅基衬底发生塑性形变的应力。根据本申请实施例的另一个方面，其中，在生长所述氮化物成核层的步骤中或在生长每一个氮化物插入层的步骤中，所述载气中各气体的组分比例基于预定的各气体的组分比例与时间关系来调整。根据本申请实施例的另一个方面，其中，各生长氮化物插入层的步骤所对应的所述关系相同或不同。根据本申请实施例的另一个方面，其中，生长所述氮化物成核层的步骤所对应的所述关系与各生长氮化物插入层的步骤所对应的所述关系相同或不同。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述硅基衬底的表面的晶面为Si(111)面。根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述载气是氮气(N2)和氢气(H2)的混合气体。根据本申请实施例的另一个方面，提供一种在硅基衬底上生长的氮化物外延结构，该氮化物外延结构通过向反应腔通入反应物气体和用于承载该反应物气体的载气而在硅基衬底上生长，该氮化物外延结构包括：在硅基衬底表面生长的氮化物成核层；在所述氮化物成核层表面生长的氮化物缓冲层；以及在所述氮化物缓冲层的表面依次生长的预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层，其中，在每一所述叠层中，氮化物缓冲层生长于氮化物插入层的表面，并且，上一叠层的氮化物插入层生长于下一叠层的氮化物缓冲层表面，所述载气是包含至少两种气体的混合气体，在生长所述氮化物成核层和/或所述氮化物插入层的步骤中，调整所述载气中各气体的组分比例，以使在所述成核层和/或氮化物插入层表面生成氮化物缓冲层的步骤中在所述氮化物缓冲层中引入压应力。本申请的有益效果在于：通过调整生成成核层和/或插入层过程中的混和载气的组分比例，能够对外延结构进行应变调控，获得质量良好的较厚氮化物外延层结构。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是本申请实施例的在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法的一个示意图；图2的(A)、(B)、(C)、(D)示出了载气中各气体的组分比例与时间的关系；图3是本申请实施例的氮化物外延结构的一个示意图；图4是3个样品原位测试的曲率随生长时间的变化示意图。具体实施方式参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。实施例1本申请实施例1提供一种在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法，通过向反应腔通入反应物气体和用于承载该反应物气体的载气，在硅基衬底上生长氮化物外延结构。图1是本实施例的在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法的一个示意图，如图1所示，该方法包括：步骤101、在硅基衬底表面生长氮化物成核层；步骤102、在所述氮化物成核层表面生长氮化物缓冲层；以及步骤103、在所述氮化物缓冲层的表面依次生长预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层。在本实施例种，在每一所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法，通过向反应腔通入反应物气体和用于承载该反应物气体的载气，在硅基衬底上生长氮化物外延结构，该方法包括：/n在硅基衬底表面生长氮化物成核层；/n在所述氮化物成核层表面生长氮化物缓冲层；以及/n在所述氮化物缓冲层的表面依次生长预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层，其中，在每一所述叠层中，氮化物缓冲层生长于氮化物插入层的表面，并且，上一叠层的氮化物插入层生长于下一叠层的氮化物缓冲层表面，/n所述载气是包含至少两种气体的混合气体，/n在生长所述氮化物成核层和/或所述氮化物插入层的步骤中，调整所述载气中各气体的组分比例，以控制在所述成核层和/或氮化物插入层表面生成氮化物缓冲层的步骤中在所述氮化物缓冲层中产生的压应力。/n

【技术特征摘要】
1.在硅基衬底上生长氮化物外延结构的方法，通过向反应腔通入反应物气体和用于承载该反应物气体的载气，在硅基衬底上生长氮化物外延结构，该方法包括：
在硅基衬底表面生长氮化物成核层；
在所述氮化物成核层表面生长氮化物缓冲层；以及
在所述氮化物缓冲层的表面依次生长预定数量的由氮化物插入层和氮化物缓冲层构成的叠层，其中，在每一所述叠层中，氮化物缓冲层生长于氮化物插入层的表面，并且，上一叠层的氮化物插入层生长于下一叠层的氮化物缓冲层表面，
所述载气是包含至少两种气体的混合气体，
在生长所述氮化物成核层和/或所述氮化物插入层的步骤中，调整所述载气中各气体的组分比例，以控制在所述成核层和/或氮化物插入层表面生成氮化物缓冲层的步骤中在所述氮化物缓冲层中产生的压应力。


2.如权利要求1所述的方法，其中，
所述压应力小于使所述硅基衬底发生塑性形变的应力。


3.如权利要求1所述的方法，其中，
在生长所述氮化物成核层的步骤中或在生长每一个氮化物插入层的步骤中，所述载气中各气体的组分比例基于预定的各气体的组分比例与时间关系来调整。


4.如权利要求3所述的方法，其中，
各生长氮化物插入层的步骤所对应的所述关系相同或不同。


5.如权利要求4所述的方法，其中，
生长所述氮化物成核层的步骤所对应的所述关系与各生长氮化物插入层的步骤所对应的所述关系相同或不同。


6.如权利要求1所述的方法，其中，
所述硅基衬底的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮竹，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31