大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法技术

本发明专利技术提供一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，包括：步骤1)，提供一蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底送进MOCVD反应腔，蓝宝石衬底的外延面取向为c面且向a面倾斜一偏角，偏角大于等于0.2

【技术实现步骤摘要】
大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有高临界击穿电场(～3.3
×
106V/cm)、高电子迁移率(～2000cm2/V
·
s)等特性，且基于GaN材料的异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)还具有高浓度(～10
13
cm
‑2)的二维电子气(2DEG)沟道，使得GaN基HEMT器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，在大电流、低功耗、高压开关器件应用领域具有巨大的应用前景。
[0003]但GaN基HEMT器件为水平结构，器件面积较垂直结构器件的面积大得多，不利于集成度的提高。
[0004]当前氮化镓基垂直结构功率器件没有得到广泛应用的原因除了氮化镓单晶衬底的价格昂贵之外，还在于氮化镓同质外延并无如预想中的简单。常规氮化镓单晶衬底的外延生长面为c面，并向a面倾斜0.2
°
。氮化镓在a面方向上的生长速率大于m面方向，在此类氮化镓单晶衬底上进行器件结构外延生长时，a面方向的台阶密度很大，台阶间的周期又短，促使a面方向的生长速率进一步加快，继而使得a面方向生长速率太快导致难以维持表面的平整而导致粗糙。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，用于解决现有技术中异质外延生长于c面偏向a面的蓝宝石衬底上的氮化镓模板表面粗糙，不利于后续的HVPE(氢化物气相外延)外延生长的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，所述制备方法包括：步骤1)，提供一蓝宝石衬底，将所述蓝宝石衬底送进MOCVD反应腔，所述蓝宝石衬底的外延面取向为c面且向a面倾斜一偏角，所述偏角大于等于0.2
°
；步骤2)，在所述蓝宝石衬底上沉积低温缓冲层；步骤3)，在所述低温缓冲层上进行超晶格生长，所述超晶格为二维生长层与三维生长层交替生长堆叠而成；步骤4)，在所述超晶格上进行氮化镓模板层的生长。
[0007]可选地，步骤2)之前，还包括对所述蓝宝石衬底进行高温吹扫及表面氮化的步骤。
[0008]可选地，步骤2)中，沉积低温缓冲层时，所述蓝宝石衬底的温度介于450～600℃之间，气压介于600～700mbar之间，通入的
Ⅴ
族元素与Ⅲ族元素的摩尔比介于5000～6000之间，厚度介于30～50nm之间。
[0009]可选地，所述低温缓冲层沉积完成后，将所述MOCVD反应腔升温至1050～1100℃，在升温过程中对所述低温缓冲层进行退火，退火时间介于500～700s之间，气压为400～500mbar之间。
[0010]可选地，步骤3)中，所述二维生长层为低压高温生长的氮化镓层，其生长条件为：气压介于200～300mbar之间，温度介于1050～1100℃之间，承载所述蓝宝石衬底的托盘的转速介于1100～1300rpm之间，通入的氮元素与镓元素的摩尔比介于1100～1200之间；所述三维生长层为高压低温生长的氮化镓层，其生长条件为：气压介于600～700mbar之间，温度介于1000～1050℃之间，承载所述蓝宝石衬底的托盘的转速介于500～700rpm之间，通入的氮元素与镓元素的摩尔比介于1400～1600之间。
[0011]可选地，步骤3)中，所述二维生长层的厚度介于90～110nm之间，所述三维生长层厚度介于130～150nm之间。
[0012]可选地，步骤3)中，所述二维生长层与三维生产层交替生长堆叠次数为4～8。
[0013]可选地，步骤4)包括以下步骤：步骤4
‑
1)，在所述超晶格上沉积三维生长模板层，其生长条件为：气压介于600～700mbar之间，温度介于1010～1050℃之间，承载所述蓝宝石衬底的托盘的转速介于500～700rpm之间，通入的氮元素与镓元素的摩尔比介于1450～1600之间；步骤4
‑
2)，在所述三维生长模板层上沉积二维生长模板层，其生长条件为：气压介于200～300mbar之间，温度介于1080～1110℃之间，承载所述蓝宝石衬底的托盘的转速介于1100～1300rpm之间，通入的氮元素与镓元素的摩尔比介于900～1000之间。
[0014]可选地，所述三维生长模板层的生长厚度介于0.3～0.5μm之间；所述二维生长模板层的生长厚度介于3～4μm之间。
[0015]可选地，所述氮化镓模板层的外延面取向为c面且向m面倾斜一偏角，所述偏角大于等于0.2
°
。
[0016]如上所述，本专利技术的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，具有以下有益效果：
[0017]本申请提供一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，通过该制备方法，通过在低温缓冲层上进行超晶格生长，超晶格为二维生长层与三维生长层交替生长堆叠而成，然后在超晶格上进行氮化镓模板层的生长，可以在c面偏向a面0.2
°
以上的蓝宝石衬底上获得具有平整表面、晶体质量高的c面且偏向m面的氮化镓模板，使用该氮化镓模板可以获得c面且偏向m面的氮化镓单晶，进而获得性能良好的氮化镓基垂直结构功率器件。
附图说明
[0018]图1～图4显示为本专利技术实施例的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0019]图5显示为常规工艺所得氮化镓模板的形貌图。
[0020]图6显示为本实施例的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法所得氮化镓模板的形貌图。
[0021]元件标号说明
[0022]101
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蓝宝石衬底
[0023]102
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低温缓冲层
[0024]20
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超晶格
[0025]201
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二维生长层
[0026]202
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三维生长层
[0027]30
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氮化镓模板层
[0028]301
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三维生长模板层
[0029]302
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二维生长模板层
具体实施方式
[0030]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤1)，提供一蓝宝石衬底，将所述蓝宝石衬底送进MOCVD反应腔，所述蓝宝石衬底的外延面取向为c面且向a面倾斜一偏角，所述偏角大于等于0.2
°
；步骤2)，在所述蓝宝石衬底上沉积缓冲层；步骤3)，在所述缓冲层上进行超晶格生长，所述超晶格为二维生长层与三维生长层交替生长堆叠而成；步骤4)，在所述超晶格上进行氮化镓模板层的生长。2.根据权利要求1所述的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，其特征在于：步骤2)之前，还包括对所述蓝宝石衬底进行高温吹扫及表面氮化的步骤。3.根据权利要求1所述的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，其特征在于：步骤2)中，沉积缓冲层时，所述蓝宝石衬底的温度介于450～600℃之间，气压介于600～700mbar之间，通入的
Ⅴ
族元素与Ⅲ族元素的摩尔比介于5000～6000之间，厚度介于30～50nm之间。4.根据权利要求3所述的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，其特征在于：所述缓冲层沉积完成后，将所述MOCVD反应腔升温至1050～1100℃，在升温过程中对所述缓冲层进行退火，退火时间介于500～700s之间，气压为400～500mbar之间。5.根据权利要求1所述的大偏角蓝宝石衬底上氮化镓模板的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述二维生长层为低压高温生长的氮化镓层，其生长条件为：气压介于200～300mbar之间，温度介于1050～1100℃之间，承载所述蓝宝石衬底的托盘的转速介于1100～1300rpm之间，通入的氮元素与镓元素的摩尔比介于1100～1200之间；所述三维生长层为高压低温生长的氮化镓层，其生长条件为：气压介于600～700m...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖辉，孙明，庄文荣，颜建锋，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：