氮化镓外延层及其形成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114121611A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111427485.9(22)申请日2021.11.26(71)申请人苏州纳维科技有限公司地址215000江苏省苏州市工业园区金鸡湖大道99号苏州纳米城西北区20幢518室(72)发明人徐琳(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256代理人王锋(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)H01L21/205(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称氮化镓外延层及其形成方法(57)摘要本发明公开了一种氮化镓外延层及其形成方法。所述氮化镓外延层的形成方法包括：在同一反应腔室内，先在加热条件下以氢气对氮化镓衬底表面进行清洁处理，之后以惰性气体等离子体轰击所述氮化镓衬底表面；其后，在所述反应腔室内，继续在所述氮化镓衬底表面生长形成氮化镓成核层，再在所述氮化镓成核层上生长形成致密氮化镓层，最后在所述致密氮化镓层上生长形成氮化镓外延层。本发明可以大幅节约氮化镓外延层的成膜时间，提高其生产效率，并杜绝氮化镓衬底转移过程中的污染，而且可以获得高质量的氮化镓外延层，利于氮化镓材料的大规模生产和推广应用。CN114121611ACN114121611A权利要求书1/2页1.一种氮化镓外延层的形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将氮化镓衬底置入反应腔室，并对所述氮化镓衬底的表面进行清洁处理；S2、在所述反应腔室内以惰性气体等离子体轰击所述氮化镓衬底表面，以至少清除所述氮化镓衬底表面的杂质以及在所述氮化镓衬底的表面缺陷处刻蚀形成凹坑结构；S3、向所述反应腔室内输入氮源和镓源，并控制反应腔室内的温度为第二温度、气压为第二气压，从而在所述氮化镓衬底表面生长形成氮化镓成核层；S4、继续向所述反应腔室内输入氮源和镓源，并控制反应腔室内的温度为第三温度、气压为第三气压，所述第三温度高于第二温度、所述第三气压高于第二气压，从而在所述氮化镓成核层上生长形成致密氮化镓层；S5、在所述致密氮化镓层上生长形成氮化镓外延层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：将氮化镓衬底置入反应腔室，并排除所述反应腔室内的杂质气体，再向所述反应腔室内输入氢气，并控制反应腔室内的气压为第一气压、温度为第一温度，氢气流量为50‑300sccm，所述第一温度为800‑1000℃、第一气压为50‑80torr，从而实现对所述氮化镓衬底表面的清洁处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：向所述反应腔室内输入惰性气体，并将至少部分的惰性气体转化为等离子体，且施加加速电压使所述等离子体轰击所述氮化镓衬底表面，其中控制惰性气体流量为80‑300sccm，加速电压为400‑600KeV，轰击时间为30‑80s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中所述第二温度为600‑800℃、第二气压为300‑450torr；和/或，步骤S3中所述氮源的流量为80‑150sccm、镓源的流量为100‑150sccm；和/或，步骤S3中所述氮化镓成核层的生长时间控制在30‑50s；和/或，步骤S4中所述第三温度为1100‑1200℃、第三气压为500‑550torr；和/或，步骤S4中所述致密氮化镓层的生长速度控制在10‑20nm/min；和/或，步骤S4中所述氮源的流量为100‑300sccm、镓源的流量为150‑200sccm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5包括：继续向所述反应腔室内输入氮源和镓源，并控制所述反应腔室内的温度为第四温度、气压为第四气压，从而在所述致密氮化镓层上生长形成氮化镓外延层，所述第四温度低于第三温度且高于第二温度、所述第四气压低于第三气压。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤S5中所述第四温度为1020‑1070℃、第四气压为200‑350torr；和/或，步骤S5中所述镓源、氮源的流量均为280‑350sccm；和/或，步骤S5中所述氮化镓外延层的生长速度控制在30‑50nm/min。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应腔室为等离子体增强化学气相沉积设备的反应腔室；和/或，所述镓源包括三甲基镓；和/或，所述氮源包括氨气；和/或，所述氮化镓成核层的厚度为20‑40nm；和/或，所述致密氮化镓层的厚度为50‑80nm；和/或，所述氮化镓外延层的厚度为1‑1.5μm。8.一种氮化镓外延层的形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将氮化镓衬底置入等离子体增强化学气相沉积设备的反应腔室，并对所述反应腔2CN114121611A权利要求书2/2页室进行抽真空处理，直至