本发明专利技术公开了一种基于ｃ面ＳｉＣ衬底的极性ｃ面ＧａＮ薄膜的生长方法，主要解决常规极性ｃ面ＧａＮ材料生长中材料质量较差的问题。其生长步骤是：（１）将ｃ面Ａｌ２Ｏ２衬底置于ＭＯＣＶＤ反应室中，对衬底进行热处理；（２）在ｃ面Ａｌ２Ｏ３衬底上生长厚度为１００－３００ｎｍ，温度为７００℃的低温无应力ＡｌＩｎＮ层；（３）在所述低温无应力ＡｌＩｎＮ层之上生长厚度为１０００－２０００ｎｍ，温度为９５０－１１００℃的高温ＧａＮ层；（４）在所述高温ＧａＮ层之上生长１－１０ｎｍ的ＴｉＮ层；（５）在所述ＴｉＮ层之上生长厚度为２０００－５０００ｎｍ，温度为９５０－１１００℃的极性ｃ面ＧａＮ层；（６）在所述极性ｃ面ＧａＮ层之上生长厚度１－１０ｎｍ的ＴｉＮ层；（７）在所述ＴｉＮ层之上生长厚度为２０００－５０００ｎｍ，温度为９５０－１１００℃的极性ｃ面ＧａＮ层。本发明专利技术具有工艺简单，低缺陷的优点，可用于制作极性ｃ面ＧａＮ发光二极管及高电子迁移率晶体管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体材料的生长方法，特别是一种C面SiC衬 底上极性C面GaN半导体材料的金属有机化合物化学气相淀积MOCVD生长方法，可用于制 作极性c面GaN基的半导体器件。
技术介绍
GaN基、GaAs基、InP基等半导体材料，它们的禁带宽度差异较大，因此人们通常利 用这些化合物半导体材料形成各种异质结构。由于在异质结中异质结界面两侧的化合物半 导体材料的禁带宽度存在较大的差异，使得这些异质结构具有一个共同特点，即在异质结 界面附近产生一个量子阱。对于由这些化合物半导体材料所组成的异质结，人们通过对材 料进行掺杂，或者利用材料的极化效应等特性，可以在量子势阱中产生高浓度的二维电子 气，这种二维电子气由大量的电荷载流子构成。但是由于GaN材料质量较差，同时界面粗糙 度较大，c面GaN的材料质量还有很大的提高空间。C面SiC衬底材料由于和c面GaN材料 之间具有更小的晶格失配，可以在c面SiC衬底上生长GaN的底板进而生长异质结材料，但 SiC衬底和GaN之间依然有很高的热失配，生长的GaN材料质量依然很差。为了减少缺陷，在c面SiC衬底上生长高质量的极性c面GaN外延层，许多研究者 采用了不同的生长方法。1998年，Tetsu Kachi，等人采用了 InN成核层的方法，参见A new buffer layer for high quality GaN growth by metalorganic vapor phase epitaxy, APPLIED PHYSICS LETTERS V72 ρ 704-706 1998。但这种方法生长的材料缺陷密度依然 很高；2009年，Ζ. Chen,等人采用AlGaN插入层的生长方式，在c面SiC衬底上生长了极性 c 面 GaN 材料，参见 Growth of AlGaN/GaN heteroiunction field effect transistors on semi insulating GaN using an AlGaN interlayer, APPLIED PHYSICS LETTERS V94 P112108 2009。但是，这种方法生长的材料质量依然很差，并且材料中的应力较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于c面SiC衬底的极性 c面GaN薄膜的生长方法，提高c面GaN薄膜质量，为制作高性能极性c面GaN发光二极管 及异质结提供底板。实现本专利技术目的技术关键是采用两步TiN插入层的方式，在c面SiC衬底上依次 生长第一层TiN层，GaN成核层，c面GaN缓冲层，第二层TiN层，c面GaN外延层。实现步 骤包括如下(1)将c面SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通 入氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理，反应室的真空度小于2 X 10_2Torr，衬底 加热温度为900-1200°C，时间为5-10min，反应室压力为20_760Torr ；(2)在c面SiC衬底上生长第一层I-IOnm的Ti金属层，并对该Ti金属层进行氮 化形成第一层TiN层；3(3)在第一层TiN层之上生长厚度为20-100nm，温度为550-650°C的低温GaN成核 层；(4)在低温GaN成核层之上生长厚度为2000_3000nm，温度为950-1100°C的c面GaN缓冲层；(5)在c面GaN缓冲层之上生长第二层l-lOnm的Ti金属层，并对该Ti金属层进 行氮化形成第二层TiN层；(6)在第二层TiN层之上生长厚度为2000-5000nm，温度为950-1100°C的GaN外延层。本专利技术具有如下优点1.由于采用本专利技术所用的TiN插入层，材料中的缺陷密度大大降低。2.由于采用本专利技术所用的TiN插入层，材料中的应力大大降低。本专利技术的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。附图说明图1是本专利技术的极性c面GaN薄膜生长流程图；图2是本专利技术的极性c面GaN薄膜剖面示意图。具体实施例方式参照图1，本专利技术给出如下实施例实施例1，本专利技术的实现步骤如下步骤1，对衬底基片进行热处理。将c面SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入 氢气与氨气的混合气体，在反应室的真空度小于2X IO-2Torr,衬底加热温度为1100°C，时 间为8min，反应室压力为40Τοπ·的条件下，对衬底基片进行热处理。步骤2，生长第一层TiN插入层。将热处理后的衬底基片温度升高为1000°C，向SiC衬底表面淀积厚度为5nm的Ti 层，然后在流量为4000sCCm的氨气环境中，在保持压力为40Torr和1000°C的条件下氮化8 分钟形成5nm厚的TiN层。步骤3，生长极性c面GaN成核层。将已经生长了 TiN层的基片温度降低为600°C，向反应室通入流量为30μπιΟ1/π η 的镓源、流量为1200SCCm氢气和流量为4000SCCm的氨气，在保持压力为40Torr的条件下 生长厚度为30nm的极性c面GaN成核层。步骤4，生长极性c面GaN缓冲层。将已经生长了 GaN成核层的基片温度升高为1000°C，向反应室通入流量为 5ymol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为4000sccm的氨气，在保持压力为 40Torr的条件下生长厚度为2500nm的极性c面GaN缓冲层。步骤5，生长第二层TiN插入层。将已经生长了极性c面GaN缓冲层的基片温度保持在1000°C，向GaN表面淀积厚 度为5nm的Ti层，然后在流量为4000SCCm的氨气环境中，在保持压力为40Torr和1000°C的条件下氮化8分钟形成5nm厚的第二层TiN层。步骤6，生长极性c面GaN外延层。将已经生长了第二层TiN层的基片温度保持在1000°C，向反应室通入流量为 40ymol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为4000sccm的氨气，在保持压力为 40Torr的条件下生长厚度为2500nm的极性c面GaN外延层。步骤7，将通过上述过程生长的极性c面GaN材料从MOCVD反应室中取出。通过上述步骤生长出极性的c面GaN薄膜结构，如图2所述，它自下而上依次为厚 度为200-500 μ m的c面SiC衬底、厚度为30nm的第一层TiN层、厚度为的30nm的GaN成 核层、厚度为2500nm的极性c面GaN缓冲层、厚度为5nm的第二层TiN层、厚度为2500nm 的极性c面GaN外延层。实施例2 本专利技术的实现步骤如下步骤A，对衬底基片进行热处理。将c面SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，并向反应室通入 氢气与氨气的混合气体，在反应室的真空度小于2X IO-2Torr,衬底加热温度为1100°C，时 间为8min，反应室压力为40Τοπ·的条件下，对衬底基片进行热处理。步骤B，生长第一层TiN插入层。将热处理后的衬底基片温度升高为900°C，向SiC衬底表面淀积厚度为Inm的Ti 层，然后在流量为3000sCCm的氨气环境中，在保持压力为20Τοπ·和900°C的条件下氮化5 分钟形成Inm厚的第一层TiN层。步骤C，生长极性c面GaN成核层。将已经生长了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ｃ面ＳｉＣ衬底的极性ｃ面ＧａＮ薄膜的ＭＯＣＶＤ生长方法，包括如下步骤：（１）将ｃ面ＳｉＣ衬底置于金属有机物化学气相淀积ＭＯＣＶＤ反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理，反应室的真空度小于２×１０↑［－２］Ｔｏｒｒ，衬底加热温度为９００－１２００℃，时间为５－１０ｍｉｎ，反应室压力为２０－７６０Ｔｏｒｒ；（２）在热处理后的ｃ面ＳｉＣ衬底上生长１－１０ｎｍ厚的Ｔｉ金属层，并对该Ｔｉ金属层进行氮化形成第一层ＴｉＮ层；（３）在第一层ＴｉＮ层之上生长厚度为２０－１００ｎｍ，温度为５５０－６５０℃的低温ＧａＮ成核层；（４）在低温ＧａＮ成核层之上生长厚度为２０００－３０００ｎｍ，温度为９５０－１１００℃的ｃ面ＧａＮ缓冲层；（５）在ｃ面ＧａＮ缓冲层之上生长１－１０ｎｍ厚的Ｔｉ金属层，并对该Ｔｉ金属层进行氮化形成第二层ＴｉＮ层；（６）在第二层ＴｉＮ层之上生长厚度为２０００－５０００ｎｍ，温度为９５０－１１００℃的ＧａＮ外延层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，许晟瑞，张进成，杨林安，王昊，陈珂，曹艳荣，杨传凯，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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