极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜技术

本申请实施例提供了一种极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜，涉及半导体技术领域。该极性控制方法在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，所述界面层用于提供氮极性表面，其中，所述单晶体衬底在垂直方向上的原子具有六方密堆排布结构。通过在所述单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，可实现对氮极性的有效控制。

Polarity control method, nitride film preparation method and nitride film

【技术实现步骤摘要】
极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜
本申请涉及半导体
，具体而言，涉及一种极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜。
技术介绍
有闪锌矿结构的三族氮化物半导体材料由于在沿[0001]方向缺乏反演对称性，因而表现出极性，沿[0001]极化方向称之为金属极性，沿[000-1]方向称之为氮极性。极性是三族氮化物半导体材料(如AlN，GaN，InN等)重要的性质，对材料生长和器件性能具有重要影响。传统基于氮化镓的电子和光电器件均是金属极性的，因为高质量的金属极性的材料生长较为容易，极性也容易被控制。氮极性氮化物半导体薄膜及其器件，由于具有与金属极性相反的极化电场，应用于高电子迁移率晶体管中可为器件带来更低的接触电阻、更高的耐压能力、更快的开关频率，因而越来越受到关注。相较于金属极性薄膜生长，采用金属有机物气相外延或者分子束外延在蓝宝石、碳化硅、硅等衬底上生长高质量的氮极性三族氮化物薄膜及器件结构一直存在一些挑战，其中之一就是氮极性的控制。如何实现对氮极性的控制是值得研究的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜，以解决上述问题。本申请的实施例可以这样实现：第一方面，实施例提供一种极性控制方法，所述方法包括：在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，所述界面层用于提供氮极性三族氮化物薄膜生长表面，其中，所述单晶体衬底在垂直方向上的原子具有六方密堆排布结构。在可选的实施方式中，所述单晶体衬底为硅衬底。在可选的实施方式中，所述单晶体衬底为制备有具有金属极性的三族氮化物的单晶体衬底。在可选的实施方式中，所述在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层的步骤包括：基于表面氧化工艺法，在所述单晶体衬底上生成具有反演对称中心的界面层，其中，所述界面层为具有氧极性表面的金属氧化物薄膜。在可选的实施方式中，所述在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层的步骤包括：基于金属有机物气相外延法，或者基于分子束外延的方法，通入金属源以及氮源，在所述单晶体衬底上沉积具有反演对称中心的界面层；第二方面，实施例提供一种氮化物薄膜制备方法，采用前述实施方式任意一项所述的极性控制方法生成界面层，所述界面层用于提供氮极性表面。在可选的实施方式中，所述方法还包括：基于气相外延法在所述界面层上生长具有氮极性的三族氮化物薄膜。在可选的实施方式中，所述基于气相外延法在所述界面层上生长具有氮极性的三族氮化物薄膜的步骤包括：在所述界面层上生长氮极性保护层，以保护所述界面层不被分解；基于气相外延法在所述氮极性保护层上生长的三族氮化物薄膜。在可选的实施方式中，所述氮极性保护层与所述界面层的生长温度相同。第三方面，实施例提供一种氮化物薄膜，采用前述实施方式任意一项所述的氮化物薄膜制备方法制作形成。本申请实施例提供了一种极性控制方法、氮化物薄膜制备方法和氮化物薄膜，通过在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，从而实现对氮极性的有效控制。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的单晶体衬底的结构示意图；图2为本申请实施例中在单晶体衬底上生长界面层后的结构示意图；图3为本申请实施例中在界面层上生长氮极性层后的结构示意图；图4为本申请实施例中提供的氮化物薄膜制备方法的子步骤流程图；图5为本申请实施例中在界面层上生长氮极性层后的结构示意图；图6为本申请实施例中在氮极性保护层上生长氮极性层后的结构示意图。图标：1-单晶体衬底；2-界面层；3-三族氮化物薄膜；4-氮极性保护层。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。目前，氮极性薄膜的生长通常有以下三种方法:一是在衬底上直接生长氮极性薄膜，例如在蓝宝石衬底表面通过表面氮化工艺生长氮极性氮化镓，在SiC衬底的Si面生长金属极性薄膜，在C面生长氮极性薄膜等。但在硅衬底上目前还较难以直接生长氮极性的薄膜。二是采用极性反向技术：即先在衬底上生长一层金属极性的薄膜，再通过重掺杂镁的方法，即在生长三族氮化物半导体单晶薄膜的过程中，掺入高浓度的镁原子(通常大于1020/cm3)，从而引入大量反向极性畴区，实现氮极性薄膜的生长。这种方法的缺点在于，在金属极性面和氮极性面间存在一定厚度的极性过度层，过度层的厚度通常在20nm–200nm间(取决于掺杂浓度和温度)，在某些应用中，此过度层将影响器件的能带结构，或者影响到电子/空穴在界面的迁移。第三种方法是衬底剥离技术：即先在衬底上生长出金属极性的薄膜结构后，与另一片支撑衬底键合，然后去除外延衬底，原来的金属极性薄膜结构被倒置过来，从而暴露出氮极性面。这种方法工艺复杂、重复性低、成本较高，不被普遍采用。由此，如何实现对氮极性的控制是值得研究的问题。基于上述发现，本申请实施例提供了一种极性控制方法，该极性控制方法通过在单晶体衬底上生长一层具有反演对称中心的界面层，为生长氮化物薄膜提供氮极性表面，从而实现对氮极性的控制。下面对上述方法进行详细阐述。请参阅图1，图1为本申请实施例提供的单晶体衬底1的结构示意图。请结合参阅图2，本实施例提供了一种极性控制方法，所述方法包括：在单晶体衬底1上生成具有反演对称中心的界面层2，所述界面层2用于提供氮极性三族氮化物薄膜生长表面，其中，所述单晶体衬底1在垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极性控制方法，其特征包括：/n在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，所述界面层用于提供氮极性三族氮化物薄膜生长表面，其中，所述单晶体衬底在垂直方向上的原子具有六方密堆排布结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种极性控制方法，其特征包括：
在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层，所述界面层用于提供氮极性三族氮化物薄膜生长表面，其中，所述单晶体衬底在垂直方向上的原子具有六方密堆排布结构。


2.根据权利要求1所述的极性控制方法，其特征在于，所述单晶体衬底为硅衬底。


3.根据权利要求1所述的极性控制方法，其特征在于，所述单晶体衬底为制备有具有金属极性的三族氮化物的单晶体衬底。


4.根据权利要求3所述的极性控制方法，其特征在于，所述在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层的步骤包括：
基于表面氧化工艺法，在所述单晶体衬底上生成具有反演对称中心的界面层，其中，所述界面层为具有氧极性表面的金属氧化物薄膜。


5.根据权利要求2或3所述的极性控制方法，其特征在于，所述在单晶体衬底上生长具有反演对称中心的界面层的步骤包括：
基于金属有机物气相外延法，或者基于分子束外延法，通入金属源...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成果，曾巧玉，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44