一種氮化物底層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件制備領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化物底層的制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶II1-V族半導(dǎo)體材料的迅猛發(fā)展使得高亮度發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了綠光到近紫外產(chǎn)品的商業(yè)化。但目前商業(yè)化的LED大部分仍采用藍(lán)寶石襯底作為基板，因藍(lán)寶石與氮化物的晶格常數(shù)差異較大，外延層中的位錯(cuò)密度仍然高于~107，如此高的位錯(cuò)密度嚴(yán)重阻礙了器件內(nèi)量子效率的進(jìn)一步提升。
[0003]低溫緩沖層的好壞是氮化物外延層中位錯(cuò)密度多寡的決定因素，目前商業(yè)化的方法是在M0CVD生長過程中先在400~600°C生長低溫緩沖層，然后升溫到900~1100°C生長三維或者準(zhǔn)二維層氮化物后，再調(diào)整反應(yīng)室壓力、溫度等參數(shù)獲得平面的氮化物表面。采用M0CVD生長的低溫緩沖層雖然能夠極大的降低位錯(cuò)密度，但因?yàn)樯L條件的限制，緩沖層的厚度基本都在20 nm以上，依然會(huì)有大量位錯(cuò)密度穿透至外延層；另外，因?yàn)镸0CVD生長低溫緩沖層仍然采用V/III比較大的條件，生長速率往往取決于III族源的流量，當(dāng)襯底尺寸等于或者大于4寸時(shí)，因?yàn)闇囟群虸II族源的不均勻性導(dǎo)致厚度均勻性較差，使外延層中的位錯(cuò)密度在晶圓上也差異較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種氮化物底層，采用分子束外延法生長低溫緩沖層，然后將基板轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室升溫至900~1100°C退火，然后生長三維層，最后獲得平面的氮化物層。分子束外延技術(shù)生長的低溫緩沖層厚度為5~20nm，高溫退火后厚度小于~15nm，能大幅度降低外延層中的位錯(cuò)密度。
[0005]本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案為:氮化物底層，包括:襯底、位于所述襯底之上的低溫緩沖層，位于低溫緩沖層之上的氮化物層，所述低溫緩沖層具有足夠大的層錯(cuò)密度，以釋放氮化物層與襯底之間因晶格失配造成的應(yīng)力，使更多的位錯(cuò)終止在低溫緩沖層而不穿透至上面的氮化物層，所述氮化物層包含三維氮化物層和二維氮化物層。其中，低溫緩沖層采用分子束外延技術(shù)生長，然后將襯底轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室生長準(zhǔn)三維氮化物層及二維氮化物層。
[0006]優(yōu)選地，所述低溫緩沖層的層錯(cuò)密度大于或等于5E8 /cm2。
[0007]優(yōu)選地，所述低溫緩沖層的厚度為15nm以下。
[0008]優(yōu)選地，所述氮化物層的位錯(cuò)密度不大于5E6 /cm2。
[0009]優(yōu)選地，所述低溫氮化物層采用分子束外延技術(shù)在富Ga條件下生長，其到達(dá)所述襯底表面的III族源摩爾量大于V族源的摩爾量。
[0010]優(yōu)選地，所述襯底為4寸晶圓，所述低溫緩沖層厚度的差異在2%以內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)方案為:一種氮化物底層的制備方法，依次在一襯底上生長低溫氮化物緩沖層和氮化物層，其中所述氮化物層包含三維氮化物層和二維氮化物層，通過生長方法控制形成的低溫緩沖層具有足夠大的層錯(cuò)密度，以釋放氮化物層與襯底之間因晶格失配造成的應(yīng)力，使較多的位錯(cuò)終止在低溫緩沖層而不穿透至所述氮化物層，從而獲得較低位錯(cuò)密度的氮化物層。
[0012]進(jìn)一步地，采用分子束外延技術(shù)生長所述低溫緩沖層，然后將襯底轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室生長所述氮化物層。在上述方法中，采用分子束外延技術(shù)生長低溫緩沖層時(shí)為富Ga的條件，即到達(dá)襯底表面的III族源摩爾量大于V族源的摩爾量。
[0013]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)生長低溫緩沖層的溫度為100~450 °C，在該范圍內(nèi)溫度對(duì)生長速率的影響較小，襯底溫度的不均勻性不會(huì)影響到生長速率。
[0014]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)在富Ga的條件下生長低溫緩沖層時(shí)，生長速率主要取決于V族源的流量，III族源流量對(duì)生長速率影響較小，能夠在較大面積范圍保持均勻的生長速率。
[0015]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)生長的低溫緩沖層在4寸晶圓上的厚度差異在2%以內(nèi)。
[0016]進(jìn)一步地，分子束外延生長的低溫緩沖層的厚度為1~20 nm,進(jìn)入M0CVD反應(yīng)室退火后的厚度小于15 nm。
[0017]進(jìn)一步地，生長完低溫緩沖層的襯底轉(zhuǎn)移至MOCVD反應(yīng)室退火后，直接生長準(zhǔn)二維氮化物層或者三維氮化物層，再進(jìn)行二維氮化物層的生長，可以縮短生長時(shí)間。
[0018]進(jìn)一步地，M0CVD生長的氮化物層的厚度不大于4 μπι。
[0019]進(jìn)一步地，上述方法能夠減薄應(yīng)力過渡區(qū)域的厚度，降低外延層中的位錯(cuò)密度，使位錯(cuò)密度降低至5X106/cm2以下，較目前普遍采用的商業(yè)化方法至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0020]本發(fā)明的第三個(gè)技術(shù)方案為:一種氮化物底層的制備方法，依次在一襯底上生長低溫氮化物緩沖層和氮化物層，其中所述氮化物層包含三維氮化物層和二維氮化物層，采用分子束外延技術(shù)生長所述低溫緩沖層，然后將襯底轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室進(jìn)行退火處理后生長所述氮化物層。
[0021]在上述方法中，采用分子束外延技術(shù)生長低溫緩沖層時(shí)為富Ga的條件，即到達(dá)襯底表面的III族源摩爾量大于V族源的摩爾量。
[0022]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)生長低溫緩沖層的溫度為100~450 °C，在該范圍內(nèi)溫度對(duì)生長速率的影響較小，襯底溫度的不均勻性不會(huì)影響到生長速率。
[0023]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)在富Ga的條件下生長低溫緩沖層時(shí)，生長速率主要取決于V族源的流量，III族源流量對(duì)生長速率影響較小，能夠在較大面積范圍保持均勻的生長速率。
[0024]進(jìn)一步地，分子束外延技術(shù)生長的低溫緩沖層在4寸晶圓上的厚度差異在2%以內(nèi)。
[0025]進(jìn)一步地，分子束外延生長的低溫緩沖層的厚度為1~20 nm,進(jìn)入M0CVD反應(yīng)室退火后的厚度小于15 nm。
[0026]上述方法制備的氮化物底層可用于各類光電器件及功率器件，改善器件性能。
【附圖說明】
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種氮化物底層側(cè)視圖。
[0028]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種氮化物底層的制備方法。
[0029]圖3常規(guī)商業(yè)化氮化物底層中位錯(cuò)分布示意圖。
[0030]圖4為本發(fā)明一種氮化物底層中位錯(cuò)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明一種氮化物底層及其制備方法更易于理解其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明若干具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說明對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。
[0032]實(shí)施例1
圖1簡單示意了一種氮化物底層，從下至上依次為:一襯底101、一低溫緩沖層102、一準(zhǔn)二維氮化物層103、一三維氮化物層104、一二維氮化物層105。
[0033]其中，低溫緩沖層102采用分子束外延技術(shù)生長，然后將襯底轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室生長準(zhǔn)二維氮化物層103、三維氮化物層104及二維氮化物層105。上述方法能夠減減薄應(yīng)力過渡區(qū)域的厚度，降低外延層中的位錯(cuò)密度，使位錯(cuò)密度降低至5X106/cm2以下，較目前普遍采用的商業(yè)化方法至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。并且能夠提高大面積襯底上低溫緩沖層厚度的均勻性，分子束外延技術(shù)生長的低溫緩沖層在4寸晶圓上的厚度差異在2%以內(nèi)。
[0034]圖2簡單示意了一種氮化物底層的制備方法，其主要包括:步驟S100，采用分子束外延技術(shù)，在富Ga條件下生長低溫氮化物緩沖層；步驟S200:轉(zhuǎn)移至M0CVD反應(yīng)室進(jìn)行退火處理；步驟S300:采用M0CVD在低溫緩沖層上準(zhǔn)二維氮化物層、三維氮化物層和二維氮化物層。
[0035](1)生長低溫緩沖層102
將襯底于分子束外延反應(yīng)室中升溫至750~850 °C，并恒溫~lmin除去襯底表面水氣；然后溫度降低至700~750°C，通入N源進(jìn)行氮化，時(shí)間為l~10min，優(yōu)選地為3min，反應(yīng)室壓力為6E-5~9E-4。采用