CN101378104A - 半导体异质衬底及其生长方法 - Google Patents

半导体异质衬底及其生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101378104A
CN101378104A CNA2008102001910A CN200810200191A CN101378104A CN 101378104 A CN101378104 A CN 101378104A CN A2008102001910 A CNA2008102001910 A CN A2008102001910A CN 200810200191 A CN200810200191 A CN 200810200191A CN 101378104 A CN101378104 A CN 101378104A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanotube
substrate
epitaxial
layer
epitaxial loayer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008102001910A
Other languages
English (en)
Inventor
徐科
李清文
王建峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUZHOU NANOWIN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
SUZHOU NANOWIN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUZHOU NANOWIN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical SUZHOU NANOWIN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CNA2008102001910A priority Critical patent/CN101378104A/zh
Publication of CN101378104A publication Critical patent/CN101378104A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种半导体异质衬底，包括基底层、外延层以及夹在基底层和外延层之间的缓冲层，所述缓冲层中含有纳米管材料。本发明还提供了一种半导体异质衬底的生长方法。本发明的优点在于，采用含有纳米管材料的缓冲层，利用纳米管的柔性链接的性质，可以起到释放外延层与基底之间的晶格失配和热失配的作用，降低外延层中的应力。并且，对于所提供的生长方法，在纳米管表面生长外延层的过程中，纳米管作为外延材料在外延过程中的成核中心，用以在外延的初始阶段形成高质量的晶核，有利于提高外延层的晶体质量。

Description

半导体异质衬底及其生长方法
【技术领域】
本发明涉及半导体材料以及半导体材料的生长方法，尤其涉及半导体异质衬底及其生长方法。
【背景技术】
随着信息社会的不断发展进步，半导体材料在人们生活中的应用越来越广泛。集成电路领域主要使用硅材料而半导体照明以及显示器等领域主要使用化合物半导体材料，还有很多其他的领域也都大量使用各种半导体材料。
大多数被广泛应用的半导体材料为晶体材料，在自然界中是很难存在的形态，因此需要研究生长晶体半导体材料的方法，以满足各个领域的应用。在生长晶体半导体材料的工艺中，经常需要采用与目标材料不同的材料作为衬底，在其表面生长目标材料。这种生长工艺被称为异质生长工艺，而采用异质生长方法生长出来的衬底通常被称为半导体异质衬底。例如在蓝宝石表面生长GaN得到的异质衬底、在GaAs表面生长InGaAs得到的衬底，以及在硅表面生长GeSi得到的衬底等。
在生长上述异质衬底的过程中，由于异质材料的热膨胀系数不同而引起的热应力是此工艺所面临的主要问题之一。以蓝宝石表面生长GaN为例，外延生长通常在大于1000℃的温度环境下进行，生长完毕之后从生长温度降低到室温的过程中，由于蓝宝石衬底和GaN衬底的热应力相差很大，在GaN和蓝宝石衬底表面均引起很大的热应力，导致GaN晶体质量下降，严重时甚至引起衬底中产生裂纹，裂纹导致衬底在后续的工艺中无法使用而成为废品。并且蓝宝石衬底与GaN衬底由于晶格参数的不同而带来的失配应力也对GaN的晶体质量产生影响。上述问题不仅存在于蓝宝石表面生长GaN的工艺中，也广泛的存在于各种半导体异质衬底的生长工艺中。
现有技术中，在这些材料生长之后，缺乏应力释放层，导致生长之后的半导体异质衬底中具有巨大的应力，导致了样品处于弯曲状态，甚至是出现裂纹，给后续的器件工艺和性能带来了很大的负面影响，严重时可以导致衬底在后续的工艺中根本无法使用，成为废品。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，提供一种半导体异质衬底及其生长方法，可以降低半导体异质衬底在后续生长过程中的应力，有利于后续器件工艺中的应用。
为了解决上述问题，本发明提供了一种半导体异质衬底，包括基底层、外延层以及夹在基底层和外延层之间的缓冲层，所述缓冲层中含有纳米管材料。所述基底层可以是蓝宝石衬底、单晶硅衬底、碳化硅衬底以及其他常见的用于半导体生长的衬底。
所述缓冲层也可以包括其他材料，例如为了更好地生长纳米管，可以在基底层与纳米管之间生长一层过渡层作为基底与纳米管之间的过渡。但无论还存在何种材料，都不会影响纳米管发挥其柔性链接的性质，起到释放外延层与基底之间的晶格失配和热失配的作用。
作为可选的技术方案，所述纳米管的取向与基底层的表面垂直，其优点在于，在生长外延层的过程中，采用处于此种状态的纳米管顶端作为外延中的成核中心，更加有利于发挥纳米管成核中心的作用。
作为可选的技术方案，所述外延层是三族氮化物晶体层，所述纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。例如，所述的外延层是GaN、AlN、InN等常见的氮化物晶体，或者是AlGaN、InGaN等三元或者多元的氮化物晶体；所述的纳米管为生长工艺相对比较成熟的氮化硼纳米管，或者是GaN、AlN或者InN纳米管。纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管的技术方案的实质在于提高外延层和缓冲层的晶格匹配度，有利于提高外延层的晶体质量。
本发明还提供了一种半导体异质衬底的生长方法，包括如下步骤：提供基底；于基底表面生长纳米管，作为缓冲层；于缓冲层远离基底的表面生长外延层。
在此方法中，纳米管作为外延材料在外延过程中的成核中心，用以在外延的初始阶段形成高质量的晶核，有利于提高外延层的晶体质量。
作为可选的技术方案，所述纳米管的取向与基底层的表面垂直。通过调节纳米管的生长工艺，可以实现纳米管的定向生长，控制所述纳米管的取向与基底层的表面垂直，更加有利于发挥纳米管成核中心的作用，因此是一种优选的技术方案。
作为可选的技术方案，所述外延层是三族氮化物晶体层，纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。
作为可选的技术方案，所述生长外延层的工艺选自于MOCVD、MBE以及HVPE中的一种或多种。
本发明的优点在于，采用含有纳米管材料的缓冲层，利用纳米管的柔性链接的性质，可以起到释放外延层与基底之间的晶格失配和热失配的作用，降低外延层中的应力。并且，对于所提供的生长方法，在纳米管表面生长外延层的过程中，纳米管作为外延材料在外延过程中的成核中心，用以在外延的初始阶段形成高质量的晶核，有利于提高外延层的晶体质量。
【附图说明】
附图1为本发明所述的半导体异质衬底的具体实施方式中所述的半导体异质衬底结构示意图；
附图2为本发明所述的半导体异质衬底生长方法的具体实施方式的工艺步骤流程图；
附图3至附图5为本发明所述的半导体异质衬底生长方法的具体实施方式的工艺步骤示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图给出本发明提供的半导体异质衬底及其生长方法的具体实施方式。
首先结合附图给出本发明所述的半导体异质衬底的具体实施方式。
附图1为本具体实施方式所述的半导体异质衬底结构示意图，包括基底层100、外延层120以及夹在基底层110和外延层120之间的缓冲层110，所述缓冲层110为纳米管材料。
所述基底层100为蓝宝石衬底，所述外延层是GaN层，所述纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。
所述纳米管可以为单壁或者多壁的纳米管。所述纳米管的取向与基底层的表面垂直，也就是说，纳米管是竖直的立在基地层100的表面，其优点在于，在生长外延层120的过程中，采用处于此种状态的纳米管顶端作为外延中的成核中心，更加有利于发挥纳米管成核中心的作用。
所述外延层120是GaN层，所述纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。氮化镓材料是目前比较常见的半导体材料，其异质外延技术由于受到应力问题的困扰，因此一直受到人们的关注。对于GaN材料，采用碳纳米管或者三族氮化物纳米管作为缓冲层110是一种优选的技术方案，其优点在于GaN与碳纳米管或者三族氮化物纳米管的晶格匹配度较好，并且碳纳米管或者三族氮化物纳米管的制备工艺比较成熟。在应用中，可以采用氮化硼(BN)纳米管、GaN纳米管或者InN纳米管等作为缓冲层110的材料。
在应用中，还可以有其他的实施方式，例如：基底层为单晶硅衬底，外延层是AlN层，缓冲层为氮化硼纳米管；或者基底层为碳化硅衬底，外延层是GaN层，缓冲层为碳纳米管。
接下来结合附图给出本发明所述的半导体异质衬底生长方法的具体实施方式。
附图2为本具体实施方式的工艺步骤流程图，包括如下步骤：步骤S01，提供基底；步骤S02，于基底表面生长纳米管，作为缓冲层；步骤S03，于缓冲层远离基底的表面生长外延层。
附图3至附图5为本具体实施方式的工艺步骤示意图。
附图3所示，参考步骤S01，提供基底200。于本具体实施方式中，所述基底200为蓝宝石衬底。
附图4所示，参考步骤S02，于基底200表面生长纳米管，作为缓冲层210。于本具体实施方式中，所述纳米管为碳纳米管。
所述纳米管的生长工艺为高温固-气催化反应法，采用过渡金属硼化物作为催化剂，反应气体为氨气，生长温度为1000℃至1200℃。
此技术方案的优点在于，在后续纳米管表面生长外延层的步骤中，纳米管作为外延材料在外延过程中的成核中心，用以在外延的初始阶段形成高质量的晶核，有利于提高外延层的晶体质量。此步骤中，若通过调节纳米管的生长工艺，可以实现纳米管的定向生长，控制所述纳米管的取向与基底层的表面垂直，更加有利于发挥纳米管成核中心的作用，因此是一种优选的技术方案。
所述纳米管的生长也可以采用化学气相沉积方法、有机气体催化热法等其他方法。
附图5所示，参考步骤S03，于缓冲层210远离基底200的表面生长外延层220。
所述生长外延层的工艺选自于MOCVD、MBE以及HVPE中的一种或多种。
在生长过程中可以采用横向外延的方法生长外延层220。首先在纳米管顶端生长岛状的晶核，然后通过改变反应条件以晶核为中心进行横向生长，促使晶核与晶核之间合并形成连续层，然后再改变反应条件进行纵向生长。
在本具体实施方式中，对于基底200、缓冲层210以及外延层220材料的选择，可以参考前一个具体实施方式中的叙述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半导体异质衬底，包括基底层、外延层以及夹在基底层和外延层之间的缓冲层，其特征在于，所述缓冲层中含有纳米管材料。
2.根据权利要求1所述的半导体异质衬底，其特征在于，所述纳米管的取向与基底层的表面垂直。
3.根据权利要求1所述的半导体异质衬底，其特征在于，所述外延层是三族氮化物晶体层，所述纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。
4.一种半导体异质衬底的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供基底；
于基底表面生长纳米管，作为缓冲层；
于缓冲层远离基底的表面生长外延层。
5.根据权利要求4所述的半导体异质衬底的生长方法，其特征在于，所述纳米管的取向与基底层的表面垂直。
6.根据权利要求4所述的半导体异质衬底的生长方法，其特征在于，所述外延层是三族氮化物晶体层，纳米管为碳纳米管或者三族氮化物纳米管。
7.根据权利要求4或者6所述的半导体异质衬底的生长方法，其特征在于，所述生长外延层的工艺选自于MOCVD、MBE以及HVPE中的一种或多种。
CNA2008102001910A 2008-09-19 2008-09-19 半导体异质衬底及其生长方法 Pending CN101378104A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008102001910A CN101378104A (zh) 2008-09-19 2008-09-19 半导体异质衬底及其生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008102001910A CN101378104A (zh) 2008-09-19 2008-09-19 半导体异质衬底及其生长方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101378104A true CN101378104A (zh) 2009-03-04

Family

ID=40421523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008102001910A Pending CN101378104A (zh) 2008-09-19 2008-09-19 半导体异质衬底及其生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101378104A (zh)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050426A (zh) * 2009-11-10 2011-05-11 北京邮电大学 异质纳米线制备方法
CN102201332A (zh) * 2011-05-08 2011-09-28 北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司 一种GaN衬底的制备方法
CN102244162A (zh) * 2011-07-14 2011-11-16 北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司 一种发光二极管的制备方法
CN102610717A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 半导体发光芯片及其制造方法
CN102605422A (zh) * 2011-01-24 2012-07-25 清华大学 用于生长外延结构的掩模及其使用方法
WO2012126155A1 (zh) * 2011-03-18 2012-09-27 中国科学院微电子研究所 一种半导体器件及其制造方法
CN102719888A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 清华大学 具有纳米微结构基板的制备方法
CN102723408A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 清华大学 半导体外延结构的制备方法
CN102760798A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 一种发光二极管的制备方法
CN102760795A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 发光二极管的制备方法
CN102760799A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 发光二极管的制备方法
CN103367569A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延结构体
CN103367553A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延衬底的制备方法
CN103367556A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延衬底
CN104952983A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 清华大学 外延结构的制备方法
US9219193B2 (en) 2011-01-12 2015-12-22 Tsinghua University Method for making epitaxial structure
CN106298457A (zh) * 2016-09-22 2017-01-04 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种SiGe/Si外延片生长方法
US9570292B2 (en) 2012-03-28 2017-02-14 Tsinghua University Method for making an epitaxial structure with carbon nanotube layer
US9613802B2 (en) 2012-03-28 2017-04-04 Tsinghua University Method for making epitaxial structure
CN113471064A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中国科学技术大学 基于斜切角衬底的ⅲ族氧化物薄膜制备方法及其外延片

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102050426A (zh) * 2009-11-10 2011-05-11 北京邮电大学 异质纳米线制备方法
CN102050426B (zh) * 2009-11-10 2013-06-12 北京邮电大学 异质纳米线制备方法
US9905726B2 (en) 2011-01-12 2018-02-27 Tsinghua University Semiconductor epitaxial structure
US9559255B2 (en) 2011-01-12 2017-01-31 Tsinghua University Epitaxial structure
US9219193B2 (en) 2011-01-12 2015-12-22 Tsinghua University Method for making epitaxial structure
CN102610717A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 半导体发光芯片及其制造方法
CN102605422B (zh) * 2011-01-24 2015-07-29 清华大学 用于生长外延结构的掩模及其使用方法
CN102605422A (zh) * 2011-01-24 2012-07-25 清华大学 用于生长外延结构的掩模及其使用方法
WO2012126155A1 (zh) * 2011-03-18 2012-09-27 中国科学院微电子研究所 一种半导体器件及其制造方法
CN102719888A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 清华大学 具有纳米微结构基板的制备方法
CN102719888B (zh) * 2011-03-29 2015-11-25 清华大学 具有纳米微结构基板的制备方法
CN102723408A (zh) * 2011-03-29 2012-10-10 清华大学 半导体外延结构的制备方法
CN102723408B (zh) * 2011-03-29 2015-04-15 清华大学 半导体外延结构的制备方法
CN102760798B (zh) * 2011-04-29 2015-03-11 清华大学 一种发光二极管的制备方法
CN102760795A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 发光二极管的制备方法
US8906726B2 (en) 2011-04-29 2014-12-09 Tsinghua University Method for making light emitting diode
CN102760795B (zh) * 2011-04-29 2015-07-01 清华大学 发光二极管的制备方法
CN102760799A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 发光二极管的制备方法
CN102760798A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 清华大学 一种发光二极管的制备方法
CN102201332A (zh) * 2011-05-08 2011-09-28 北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司 一种GaN衬底的制备方法
CN102244162A (zh) * 2011-07-14 2011-11-16 北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司 一种发光二极管的制备方法
CN103367556B (zh) * 2012-03-28 2016-01-20 清华大学 外延衬底
US9570292B2 (en) 2012-03-28 2017-02-14 Tsinghua University Method for making an epitaxial structure with carbon nanotube layer
CN103367569B (zh) * 2012-03-28 2016-01-20 清华大学 外延结构体
CN103367556A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延衬底
CN103367553B (zh) * 2012-03-28 2016-01-20 清华大学 外延衬底的制备方法
CN103367553A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延衬底的制备方法
CN103367569A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 清华大学 外延结构体
US9773664B2 (en) 2012-03-28 2017-09-26 Tsinghua University Epitaxial base
US9570293B2 (en) 2012-03-28 2017-02-14 Tsinghua University Method for making epitaxial base
US9613802B2 (en) 2012-03-28 2017-04-04 Tsinghua University Method for making epitaxial structure
CN104952983A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 清华大学 外延结构的制备方法
CN104952983B (zh) * 2014-03-26 2018-07-10 清华大学 外延结构的制备方法
CN106298457A (zh) * 2016-09-22 2017-01-04 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种SiGe/Si外延片生长方法
CN113471064A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 中国科学技术大学 基于斜切角衬底的ⅲ族氧化物薄膜制备方法及其外延片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101378104A (zh) 半导体异质衬底及其生长方法
KR100616686B1 (ko) 질화물계 반도체 장치의 제조 방법
CN100530543C (zh) 外延生长方法
CN100418191C (zh) 外延生长方法
US7708832B2 (en) Method for preparing substrate for growing gallium nitride and method for preparing gallium nitride substrate
CN104409319A (zh) 一种石墨烯基底上生长高质量GaN缓冲层的制备方法
US7393213B2 (en) Method for material growth of GaN-based nitride layer
US20210202236A1 (en) Forming a planar surface of a iii-nitride material
CN110541157A (zh) 一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法
CN100547734C (zh) 半导体多层衬底、半导体自立衬底及其制备方法以及半导体器件
WO2002099859A1 (fr) Procede de production d'un semiconducteur au nitrure iii
US20130095641A1 (en) Method Of Manufacturing Gallium Nitride Film
JP2002187800A (ja) Ｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板及びその使用方法
JP3785566B2 (ja) ＧａＮ系化合物半導体結晶の製造方法
US9583340B2 (en) Semipolar nitride semiconductor structure and method of manufacturing the same
JP2005518092A (ja) 適切な基板上における炭化ケイ素又は第ｉｉｉ族元素窒化物の層の製造方法
US20100264424A1 (en) GaN LAYER CONTAINING MULTILAYER SUBSTRATE, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND DEVICE
US20220199395A1 (en) Optimizing growth method for improving quality of mocvd epitaxial thin films
CN100396816C (zh) 氢化物气相外延生长氮化镓膜中的低温插入层及制备方法
JP2006222402A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体および製造方法
JP2003218127A (ja) 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ並びにその製造方法
JP4545389B2 (ja) エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物層群の転位低減方法
KR100764427B1 (ko) 질화물 단결정 후막 제조방법
CN106057658A (zh) 气相生长方法
TW200301571A (en) Method for the production of III-V laser components

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20090304