一种硅基GaN薄膜及其外延生长方法.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CN113921376A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111004389.3(22)申请日2021.08.30(71)申请人西安电子科技大学地址710000陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人马金榜张雅超李一帆姚一昕张进成马佩军马晓华郝跃(74)专利代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)61230代理人刘长春(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种硅基GaN薄膜及其外延生长方法(57)摘要本发明涉及一种硅基GaN薄膜及其外延生长方法，外延生长方法包括步骤：S1、往反应室中通入三甲基铝和氨气，在目标温度和目标气体流量下对Si衬底进行预处理；S2、在预处理后的所述Si衬底上外延生长AlN成核层；S3、在所述AlN成核层上生长AlGaN缓冲层；S4、在所述AlGaN缓冲层上生长GaN层。该外延生长方法先对Si衬底进行预处理，然后外延生长外延层，预处理会对Si衬底起到保护作用，使得Si衬底的表面更加平整，有利于之后AlN成核层淀积过程中Al原子的迁移，使之更容易到达平衡位置，此时AlN成核层更倾向于二维模式的生长，从而AlN成核层上的外延层也更倾向于二维模式的生长，有利于阻挡位错的延伸，得到的外延层也会更加平整，有利于提高外延GaN晶体的质量。CN113921376ACN113921376A权利要求书1/1页1.一种硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，包括步骤：S1、往反应室中通入三甲基铝和氨气，在目标温度和目标气体流量下对Si衬底(1)进行预处理；S2、在预处理后的所述Si衬底(1)上外延生长AlN成核层(3)；S3、在所述AlN成核层(2)上生长AlGaN缓冲层(4)；S4、在所述AlGaN缓冲层(3)上生长GaN层(5)。2.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，所述目标温度为1190‑1210℃。3.根据权利要求2所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，所述生长温度为1200℃。4.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，所述三甲基铝的目标气体流量为180‑190sccm。5.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，所述氨气的目标气体流量为1300‑1400sccm。6.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，步骤S2包括：S21、利用金属有机化合物化学气相沉淀法，往反应室通入三甲基铝和氨气，在三甲基铝流量为240‑260sccm、氨气流量为3800‑4200sccm、生长温度为855‑905℃的条件下在预处理后的所述Si衬底(1)上生长AlN，生长时间为60min，形成厚度为20‑40nm的第一AlN成核层(31)；S22、利用金属有机化合物化学气相沉淀法，往反应室通入三甲基铝和氨气，在三甲基铝流量为190‑200sccm、氨气流量为1350‑1650sccm、生长温度为1200‑1220℃的条件下在预处理后的所述第一AlN成核层(31)上生长AlN，生长时间为60min，形成厚度为160‑180nm的第二AlN成核层(32)。7.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，步骤S3包括：S31、在所述AlN成核层(3)上生长第一AlGaN层(41)；S32、在所述第一AlGaN层(41)上生长第二AlGaN层(42)，所述第一AlGaN层(41)和所述第二AlGaN层(42)形成阶变AlGaN缓冲层(4)。8.根据权利要求1所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，步骤S1与S2之间还包括步骤：在所述Si衬底(1)上制备预铺铝(2)。9.根据权利要求8所述的硅基GaN薄膜的外延生长方法，其特征在于，所述预铺铝(2)的制备条件为：反应室温度为1080‑1090℃、三甲基铝流量为10‑30sccm，制备得到的所述预铺铝(2)的厚度小于10nm。10.一种硅基GaN薄膜，其特征在于，由如权利要求1～9任一项所述的外延生长方法生长得到。2CN113921376A说明书1/5页一种硅基GaN薄膜及其外延生长方法技术领域[0001]本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种硅基GaN薄膜及其外延生长方法。背景技术[0002]GaN作为宽禁带半导体的典型代表，由于具有的宽禁带、大击穿电场强度以及好的抗辐射能力等独特优势，在近几十年来得到了广泛的研究。但是一直以来GaN的同质外延由于昂贵的同质衬底的原因，很难得到大规模的商业的应用，而GaN在Si上的异质外延虽然具有成本低、可以与传统Si工艺相兼容等优点，但由于Si衬底与GaN