CN105762061A - 一种氮化物的外延生长方法 - Google Patents

一种氮化物的外延生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105762061A
CN105762061A CN201610084233.3A CN201610084233A CN105762061A CN 105762061 A CN105762061 A CN 105762061A CN 201610084233 A CN201610084233 A CN 201610084233A CN 105762061 A CN105762061 A CN 105762061A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
aln layer
layer
epitaxial growth
nitride
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.)
Granted
Application number
CN201610084233.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105762061B (zh
Inventor
闫发旺
张峰
赵倍吉
谢杰
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.)
Shanghai Simgui Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Simgui 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 Shanghai Simgui Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Simgui Technology Co Ltd
Priority to CN201610084233.3A priority Critical patent/CN105762061B/zh
Publication of CN105762061A publication Critical patent/CN105762061A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105762061B publication Critical patent/CN105762061B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

本发明提供一种氮化物的外延生长方法，包括如下步骤：提供一衬底；在一第一温度及第一氨气流量下，在所述衬底一表面生长第一氮化铝层；在一第二温度及第二氨气流量下，在所述第一氮化铝层一表面生长第二氮化铝层；在一第三温度及第三氨气流量下，在所述第二氮化铝层一表面生长第三氮化铝层，所述第一氮化铝层、第二氮化铝层及第三氮化铝层形成成核层；其中，所述第二温度及第三温度均大于所述第一温度，所述第一氨气流量及第二氨气流量均大于所述第三氨气流量；在所述成核层表面生长氮化物层。本发明优点在于，能够缓解生长氮化物异质外延存在的晶格不匹配及热失配等问题，减小应力，降低位错密度。

Description

一种氮化物的外延生长方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化物的外延生长方法。
背景技术
氮化镓基半导体材料具有优异和独特的电学及光学性质，如宽的直接带隙、高热导率、大击穿电场强度、耐高温高压、抗腐蚀、抗辐射等，适合应用于条件恶劣的环境中。氮化镓基半导体材料可用于制备紫外/蓝色/绿色发光二极管(LED)、激光器(LD)、光探测器等光电器件和高频、高压、高功率、抗辐射高电子迁移率晶体管(HEMT)和电力电子(功率)器件等电子器件。
目前，氮化镓或氮化铝的单晶衬底制备技术尚未成熟，氮化镓及其合金材料通常异质外延生长在蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌等衬底上。由于氮化镓基半导体材料和上述衬底间存在晶格和热胀系数的不匹配以及界面化学问题的影响，导致氮化镓外延层中引入大量位错和缺陷(108-1010cm-2)，造成载流子泄漏和非辐射复合中心的增多，晶体质量较差，降低器件的内量子效率，影响了器件水平的提高。
成核层技术是氮化物异质外延的关键技术，它直接影响外延层的晶体质量和光电特性参数。特别对于大晶格失配的硅衬底而言，成核层对晶体质量的提高起关键作用。成核层技术是解决异质外延问题的重要手段，通过插入一层或多层成核层，使其在晶体结构、物理机化学性质上使衬底更适合异质外延生长。目前，氮化镓生长采用的成核层有低温氮化镓层、低温氮化铝层、高温氮化铝、3C-碳化硅层、氧化锌层等。如蓝宝石衬底的氮化镓外延，目前通常采用的方法是：低温外延生长氮化镓成核层后，升温退火再结晶后再生长氮化物。成核层的引入能促使其上氮化镓进行二维生长，应力减少，并抑制外延缺陷向上延伸。因此，外延材料的晶体质量得以改善，内量子效率得到提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种氮化物的外延生长方法，其能够缓解生长氮化物异质外延存在的晶格不匹配及热失配等问题，减小应力，降低位错密度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种氮化物的外延生长方法，包括如下步骤：提供一衬底；在一第一温度及第一氨气流量下，在所述衬底一表面生长第一氮化铝层；在一第二温度及第二氨气流量下，在所述第一氮化铝层一表面生长第二氮化铝层；在一第三温度及第三氨气流量下，在所述第二氮化铝层一表面生长第三氮化铝层，所述第一氮化铝层、第二氮化铝层及第三氮化铝层形成成核层；其中，所述第二温度及第三温度均大于所述第一温度，所述第一氨气流量及第二氨气流量均大于所述第三氨气流量；在所述成核层表面生长氮化物层。
进一步，所述第一温度范围为550-1050℃。
进一步，所述第一氮化铝层的厚度范围为5nm-500nm。
进一步，所述第一氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
进一步，所述第二温度范围为1050-1200℃。
进一步，所述第二氮化铝层的厚度范围为5nm-1000nm。
进一步，所述第二氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
进一步，所述第三温度范围为1050-1200℃。
进一步，所述第三氮化铝层的厚度范围为5nm-2000nm。
进一步，所述第三氨气流量范围为1标准升每分钟-10标准升每分钟。
本发明的优点在于，本发明在金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延生长过程中，采用三步法生长氮化铝成核层技术来外延生长氮化物。通过三步生长法调节氮化铝成核层的生长条件，来缓解生长氮化物异质外延存在的晶格不匹配及热失配等问题，减小应力，降低位错密度。其上进行氮化物的外延生长，可获得低位错密度、高晶体质量的晶体薄膜，从而应用于光电或电子器件制备。本发明工艺可控，利于大规模生产。
附图说明
图1是本发明一种氮化物的外延生长方法的步骤示意图。
图2A～图2E是本发明一种氮化物的外延生长方法的工艺流程图；
图3是本发明一实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种氮化物的外延生长方法的具体实施方式做详细说明。
参见图1，本发明一种氮化物的外延生长方法包括如下步骤：步骤S10、提供一衬底；步骤S11、在一第一温度及第一氨气流量下，在所述衬底一表面生长第一氮化铝层；步骤S12、在一第二温度及第二氨气流量下，在所述第一氮化铝层一表面生长第二氮化铝层；步骤S13、在一第三温度及第三氨气流量下，在所述第二氮化铝层一表面生长第三氮化铝层，所述第一氮化铝层、第二氮化铝层及第三氮化铝层形成成核层，其中，所述第二温度及第三温度均大于所述第一温度，所述第一氨气流量及第二氨气流量均大于所述第三氨气流量；步骤S14、在所述成核层表面生长氮化物层。
图2A～图2E是本发明一种氮化物的外延生长方法的工艺流程图。
参见步骤S10及图2A，提供一衬底200，所述衬底200可以为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、铝酸锂、砷化镓等。在外延生长之前，进一步还包括一清洗衬底200的步骤。
参见步骤S11及图2B，在一第一温度及第一氨气流量下，在所述衬底200一表面生长第一氮化铝层210。所述第一氮化铝层210可以采用金属有机物化学气相沉积的方法生长。在本实施例中，所述第一温度范围为550-1050℃。所述第一氮化铝层210的厚度范围为5nm-500nm。所述第一氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
参见步骤S12及图2C，在一第二温度及第二氨气流量下，在所述第一氮化铝层210一表面生长第二氮化铝层220。所述第二氮化铝层220可以采用金属有机物化学气相沉积的方法生长。在本实施例中，所述第二温度范围为1050-1200℃，所述第二氮化铝层220的厚度范围为5nm-1000nm，所述第二氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
参见步骤S13及图2D，在一第三温度及第三氨气流量下，在所述第二氮化铝层220一表面生长第三氮化铝层230，所述第一氮化铝层210、第二氮化铝层220及第三氮化铝层230形成成核层240。其中，所述第二温度及第三温度均大于所述第一温度，所述第一氨气流量及第二氨气流量均大于所述第三氨气流量。所述第一氮化铝层210可以采用金属有机物化学气相沉积的方法生长。在本实施例中，所述第三温度范围为1050-1200℃，所述第三氮化铝层230的厚度范围为5nm-2000nm，所述第三氨气流量范围为1标准升每分钟-10标准升每分钟。
参见步骤S14及图2E，在所述成核层240表面生长氮化物层250。所述氮化物层250为氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、氮化镓铟、氮化铝铟、氮化铝镓铟及其组合。
成核层240能缓解衬底200和氮化物层250之间晶格失配的作用，同时起到润湿的作用，有效改善外延材料的晶体质量。
参见图3，在本发明一种氮化物的外延生长方法的一实施例中，所述第二氮化铝层与所述第三氮化铝层的生长温度相同，所述第一氮化铝层与所述第二氮化铝层的氨气流量相同。
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 (10)

1.一种氮化物的外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底；
在一第一温度及第一氨气流量下，在所述衬底一表面生长第一氮化铝层；
在一第二温度及第二氨气流量下，在所述第一氮化铝层一表面生长第二氮化铝层；
在一第三温度及第三氨气流量下，在所述第二氮化铝层一表面生长第三氮化铝层，所述第一氮化铝层、第二氮化铝层及第三氮化铝层形成成核层；
其中，所述第二温度及第三温度均大于所述第一温度，所述第一氨气流量及第二氨气流量均大于所述第三氨气流量；
在所述成核层表面生长氮化物层。
2.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第一温度范围为550-1050℃。
3.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第一氮化铝层的厚度范围为5nm-500nm。
4.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第一氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
5.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第二温度范围为1050-1200℃。
6.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第二氮化铝层的厚度范围为5nm-1000nm。
7.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第二氨气流量范围为10标准升每分钟-200标准升每分钟。
8.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第三温度范围为1050-1200℃。
9.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第三氮化铝层的厚度范围为5nm-2000nm。
10.根据权利要求1所述的氮化物的外延生长方法，其特征在于，所述第三氨气流量范围为1标准升每分钟-10标准升每分钟。
CN201610084233.3A 2016-02-06 2016-02-06 一种氮化物的外延生长方法 Active CN105762061B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610084233.3A CN105762061B (zh) 2016-02-06 2016-02-06 一种氮化物的外延生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610084233.3A CN105762061B (zh) 2016-02-06 2016-02-06 一种氮化物的外延生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105762061A true CN105762061A (zh) 2016-07-13
CN105762061B CN105762061B (zh) 2019-12-13

Family

ID=56330725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610084233.3A Active CN105762061B (zh) 2016-02-06 2016-02-06 一种氮化物的外延生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105762061B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108538968A (zh) * 2018-03-01 2018-09-14 马鞍山杰生半导体有限公司 一种氮化铝膜的生长方法和应用
CN109728138A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
WO2022141190A1 (en) * 2020-12-30 2022-07-07 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Epitaxial layers with discontinued aluminium content for iii-nitride semiconductor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050132950A1 (en) * 2003-12-23 2005-06-23 Kim Dong J. Method of growing aluminum-containing nitride semiconductor single crystal
CN104319234A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 北京大学 一种高晶体质量AlN外延层的生长方法
CN104392909A (zh) * 2014-10-14 2015-03-04 北京大学 一种AlN外延薄膜生长方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050132950A1 (en) * 2003-12-23 2005-06-23 Kim Dong J. Method of growing aluminum-containing nitride semiconductor single crystal
CN104319234A (zh) * 2014-10-14 2015-01-28 北京大学 一种高晶体质量AlN外延层的生长方法
CN104392909A (zh) * 2014-10-14 2015-03-04 北京大学 一种AlN外延薄膜生长方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108538968A (zh) * 2018-03-01 2018-09-14 马鞍山杰生半导体有限公司 一种氮化铝膜的生长方法和应用
CN108538968B (zh) * 2018-03-01 2019-12-03 马鞍山杰生半导体有限公司 一种氮化铝膜的生长方法和应用
CN109728138A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
CN109728138B (zh) * 2018-12-30 2020-07-28 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
WO2022141190A1 (en) * 2020-12-30 2022-07-07 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Epitaxial layers with discontinued aluminium content for iii-nitride semiconductor
US11942521B2 (en) 2020-12-30 2024-03-26 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Epitaxial layers with discontinued aluminium content for III-nitride semiconductor

Also Published As

Publication number Publication date
CN105762061B (zh) 2019-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200181799A1 (en) Method for Preparing GaN Substrate Material
CN113206003B (zh) 一种在任意自支撑衬底上生长单晶氮化镓薄膜的方法
CN109346400B (zh) 一种高质量Ga2O3薄膜及其异质外延制备方法
KR100449074B1 (ko) 반도체의 제조 방법 및 반도체 발광 소자
CN210120127U (zh) 一种复合硅衬底
CN102839417B (zh) 一种在蓝宝石衬底上生长自剥离氮化镓薄膜的方法
US20230046307A1 (en) Epitaxial substrate with 2d material interposer, manufacturing method, and manufacturing assembly
KR101672213B1 (ko) 반도체장치의 제조방법
CN102719887A (zh) 一种基于氮化镓衬底的高质量氮化镓外延薄膜的生长方法
CN101901757B (zh) 基于a面6H-SiC衬底上非极性a面GaN的MOCVD生长方法
CN101901761B (zh) 基于γ面LiAlO2衬底上非极性m面GaN的MOCVD生长方法
CN105762061A (zh) 一种氮化物的外延生长方法
WO2011079636A1 (en) Epitaxial wafer, method for manufacturing the same and method for manufacturing led chip
CN106229397B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法
CN103646961A (zh) 含高阻寄生导电层的硅基iii族氮化物薄膜及生长方法
CN105755536A (zh) 一种采用AlON缓冲层的氮化物的外延生长技术
CN116978986A (zh) 一种发光二极管外延片的制备方法
CN105762063A (zh) 一种硅基氮化物外延生长的方法
US9012934B2 (en) Method of forming semiconductor layer and semiconductor light emitting device
JP5430467B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体成長用基板、ｉｉｉ族窒化物半導体自立基板、ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ならびに、これらの製造方法
CN111081834B (zh) 一种新型蓝宝石上生长GaN外延层方法及GaN外延层
CN114005728A (zh) 一种低应力高质量氮化物材料外延方法
CN102005370B (zh) 一种制备同质外延衬底的方法
KR100834698B1 (ko) 질화 갈륨 박막 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화갈륨 박막 기판
CN105762065B (zh) 一种高晶体质量的氮化物外延生长的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant