一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法技术

一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法，包括：步骤１：选择一衬底；步骤２：在衬底上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层，该氮化镓成核层为相变缓冲层；步骤３：在氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓层，该非有意掺杂氮化镓层为高结晶质量氮化镓层，完成生长制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别是指。
技术介绍
LED产业属于半导体相关的高科技产业，处于上游的芯片(外延)往往是整个产业 的关键，这不仅仅体现在上游芯片(外延)的性能和价格决定了中下游产品的性能和价格， 还体现在芯片(外延)供应商往往控制着整个产业的专利及标准。LED芯片(外延)的性 能很大程度上决定了整个产品的性能。尽管氮化镓基III-V族半导体有一些严重缺陷，如高位错密度和强极化效应，但 其已成为一个充满希望的光源材料。最近，氮化镓基发光二极管(LED)正在迅速扩大应用 领域，特别是需要超高亮度的领域，如大尺寸屏幕的背光单元和取代传统荧光灯和白炽灯 泡的固态照明系统。氮化镓的MOCVD外延中普遍采用的是在衬底上先通过低温成核的方法生长缓冲 层，然后升高温度，在其上生长非掺杂或硅掺杂的氮化镓层。这种生长方式所造成的穿透性 位错会延伸到表面，影响材料本身和在其上制备的器件性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供，该方法是通 过非有意掺杂，控制生长条件，改变了成核生长模式，有效缓解了晶格失配所产生的应力， 提高了晶体质量，生长出高质量的本征氮化镓材料。本专利技术提供，包括步骤1 选择一衬底；步骤2 在衬底上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层，该氮化镓 成核层为相变缓冲层；步骤3 在氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓层，该非有意掺杂氮化镓层为 高结晶质量氮化镓层，完成生长制备。其中所述的氮化镓成核层包括一次氮化镓成核层及依次生长的相转变层和相复原层。其中所述的衬底的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓。其中一次氮化镓成核层的生长温度为500-800°C，生长压力为400-600torr，生长 厚度为 0. 01-0. 06 μ mo其中相转变层的生长温度为600-900°C之间，生长压力为100_400torr，生长厚度 为 0. 05-0. 2 μ m。其中相复原层的生长温度为800-1000°C之间，生长压力为100_300torr，生长厚 度为 0. 05-0. 5 μ m。其中非有意掺杂氮化镓层的生长温度为1000-1100°C，压力为200-400torr，生长 厚度为1-5 μ m。其中相转变层及相复原层为立方相或六角相。 附图说明为使审查员能进一步了解本专利技术的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具 体实施例的详细说明如后，其中图1是本专利技术的氮化镓外延结构示意图。图2是本专利技术的氮化镓成核层结构示意图。图3是本专利技术的外延生长GaN高分辨X射线(0002)面摇摆曲线半峰宽测试结果 图。图4是本专利技术的外延生长GaN高分辨X射线(10_12)面摇摆曲线半峰宽测试结果 图。图5是本专利技术的外延生长GaN高分辨X射线(10_12)晶面的极图。图6是本专利技术的外延生长GaN的高分辨X射线(10_12)晶面三次对称扫描。具体实施例方式本专利技术关键在于加入了氮化镓的相转变层。通过两种生长相得相互配合，一定限 度内消除了外延层与衬底的失配应力。通过不同晶格能牵引偏折，将穿透位错限定在非掺 杂氮化镓以下，能够大大提高其上制备的器件的性能。请参阅图1及图2所示，本专利技术提供，包 括步骤1 选择一衬底1，所述的衬底1的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓；步骤2 在衬底1上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层2，该氮 化镓成核层2为相变缓冲层，所述的氮化镓成核层2包括一次氮化镓成核层21及依次 生长的相转变层22、相复原层23 ；所述的一次氮化镓成核层21的生长温度为500-800°C， 生长压力为400-600torr，生长厚度为0. 01-0. 06 μ m ；所述的相转变层22的生长温度为 600-900°C之间，生长压力为100-400torr，生长厚度为0. 05-0. 2 μ m ；所述的相复原层23的 生长温度为800-1000°C之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为0. 05-0. 5 μ m ；所述的 相转变层22及相复原层23为立方相或六角相；步骤3 在氮化镓成核层2上生长非有意掺杂氮化镓层3，该非有意掺杂氮化镓层 3为高结晶质量氮化镓层，所述的非有意掺杂氮化镓层3的生长温度为1000-1100°C，压力 为200-400torr，生长厚度为1_5 μ m,完成生长制备。用此方法生长的氮化镓材料为高质量氮化镓材料，有利于其上的器件结构生长， 如 LED、HBT、HEMT 等。实施例请参阅图1及图2所示，本专利技术，具体方式为在六方相中插入立方相，包括如下步骤在蓝宝石衬底1上生长一次氮化镓成核层21时，生长温度为550°C，生长压力为500torr,生长厚度为0. 04 μ m。在一次氮化镓成核层21上生长相转变层22时，生长温度为650°C，生长压力为 150torr,生长厚度为0. 08 μ m。之后在相转变层22上生长相变复原层23时，生长温度为900°C，生长压力为 200torr,生长厚度为0. 15 μ m。在相复原层上23生长氮化镓为非掺杂高结晶质量氮化镓3，生长温度为1050°C， 压力为300torr，生长厚度为3 μ m。对由以上步骤获得的样品进行测试分析，如图3和图4所示X光双晶衍射(DCXRD) 的ω扫描摇摆曲线所表征的材料质量明显提升，图5及图6高分辨X射线10-12晶面极图 及三次对称图证明用此方法生长的氮化镓实现了相变过程，提高了氮化镓材料的质量。 以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在 本专利技术的包含范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。权利要求，包括步骤1选择一衬底；步骤2在衬底上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层，该氮化镓成核层为相变缓冲层；步骤3在氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓层，该非有意掺杂氮化镓层为高结晶质量氮化镓层，完成生长制备。2.根据权利要求1所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中所述的氮化镓成 核层包括一次氮化镓成核层及依次生长的相转变层和相复原层。3.根据权利要求1所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中所述的衬底的材 料为蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓。4.根据权利要求2所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中一次氮化镓成核 层的生长温度为500-800°C，生长压力为400-600torr，生长厚度为0. 01-0. 06 μ m。5.根据权利要求2所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中相转变层的生长 温度为600-900°C之间，生长压力为100-400torr，生长厚度为0. 05-0. 2 μ m。6.根据权利要求2所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中相复原层的生长 温度为800-1000°C之间，生长压力为100-300torr，生长厚度为0. 05-0. 5 μ m。7.根据权利要求1所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中非有意掺杂氮化 镓层的生长温度为1000-1100°c，压力为200-400torr，生长厚度为1_5 μ m。8.根据权利要求2所述的氮化镓外延中的相变成核的生长方法，其中相转变层及相复 原层为立方相或六角相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓外延中的相变成核的生长方法，包括：　　步骤１：选择一衬底；　　步骤２：在衬底上采用金属有机化合物气相沉积法生长氮化镓成核层，该氮化镓成核层为相变缓冲层；　　步骤３：在氮化镓成核层上生长非有意掺杂氮化镓层，该非有意掺杂氮化镓层为高结晶质量氮化镓层，完成生长制备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，李志聪，王国宏，闫发旺，姚然，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]