專利名稱：硅襯底上橫向外延生長氮化鎵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子信息技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種硅襯底上橫向外 延生長氮化鎵的方法
背景技術(shù)：
III-V族氮化嫁(GaN)及其化合物半導(dǎo)體，作為第三代半導(dǎo)體材料的典 型代表，因其獨特的物理、化學(xué)和機械性能，在光電子和微電子領(lǐng)域有著巨大 的應(yīng)用前景。但由于GaN體單晶制備的困難和缺少與之相匹配的異質(zhì)襯底材 料，目前商業(yè)化的led主要是在藍寶石襯底和碳化硅襯底上進行外延生長。Si 襯底具有成本低、易解理、易得到大面積高質(zhì)量商業(yè)化襯底以及硅基器件易于 集成等優(yōu)點。硅襯底GaN基材料生長及器件應(yīng)用所取得的進展引起了人們極 大的興趣。然而Si襯底與GaN之間具有較大的熱失配和晶格失配，導(dǎo)致Si 襯底上外延的GaN薄膜出現(xiàn)高缺陷密度，嚴重制約Si襯底GaN基材料的應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述Si襯底上外延的 GaN薄膜出現(xiàn)高缺陷密度的缺陷，提供一種硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種硅襯底上橫向生長 氮化鎵的方法，其特征在于，包括如下步驟
Al)在硅襯底表面外延一層A1N種子層，充NH3;A2)快速降溫導(dǎo)致A1N龜裂，A1N龜裂后將沿多個方向形成條行的裂紋， 在裂紋的地方因NH3的存在而形成SiN;
A3)原位生長SiN，在裂縫處SiN進一步長厚，在AlN上面SiN形成零 星的分布，形成一層掩膜；
A4)在SiN掩膜的A1N種子層上外延氮化鎵，直到GaN完全合并為止。
在本發(fā)明所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法中，所述A1N種子層厚 度在5nm 300nm之間。
在本發(fā)明所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法中，所述A1N上面SiN 的厚度在lnm 50nm之間。
在本發(fā)明所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法中，在所述步驟A4中包 括如下步驟，
A4.1)所述GaN在A1N種子層上生長，而在有SiN的地方不生長； A4.2)當GaN生長1 50nm厚度，改變工藝參數(shù)。
在本發(fā)明所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法中，在所述步驟A4.2中， 改變工藝參數(shù)具體如下，增大NH3流量20X至100。/^，升高溫度IO度至IOO度。
在本發(fā)明所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法中，所述硅襯底為Si (111)或Si (100)。
實施本發(fā)明的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，具有以下有益效果由于 本發(fā)明的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，采用，使得氮化鎵有縱向生長的還
有橫向生長的，使得位錯彎曲，減少了位錯，克服了Si襯底與GaN之間具有 較大的熱失配和晶格失配導(dǎo)致在Si襯底上外延的GaN薄膜出現(xiàn)高缺陷密度的 缺陷。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中 圖1是ALN層未龜裂前的結(jié)構(gòu)示意圖2是ALN層龜裂后長出縱向的SiN層的結(jié)構(gòu)示意圖3是ALN層龜裂后長出縱向和橫向的SiN層的結(jié)構(gòu)示意圖4是在SiN層上長出GaN層的結(jié)構(gòu)式意圖。
具體實施例方式
結(jié)合圖1至圖4描述本發(fā)明的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法。具體包括
如下步驟
51) 為在Si襯底2表面外延一層AIN種子層1。如圖1所示。其中AIN 種子層厚度在5nm 300nm之間。硅襯底為S i (111)或Si (100)。
52) 然后快速降溫導(dǎo)致AIN種子層1龜裂，A1N種子層1龜裂后將沿多 個方向形成條行的裂紋，在裂紋的地方因NH3的存在而形成SiN層3，如圖2 所示。
53) 原位生長SiN，在裂縫處SiN進一步長厚，最后在AIN種子層1上 面SiN層3形成零星的分布，形成一層掩膜(此處的SiN為橫向外延)，如圖 3所示。AIN上面SiN的厚度在lnm 50nm之間。
S4)在SiN掩膜的AIN種子層1上外延GaN層4，直到GaN層4完全合并為 止，如圖4所示。GaN在A1N種子層上生長，而在有SiN的地方不生長。當 GaN生長到一定厚度改變工藝參數(shù)(載氣流量、壓力、NH3流量、溫度、壓 力、鎵源流量)，例如增大NH3流量20X至100%，升高溫度IO度至IOO度。 使GaN橫向生長速度加快，最終合并在一起。通過步驟S1和S2， SiN形成網(wǎng)狀分布，作為掩膜，橫向外延，位錯彎曲， 減少位錯，解決了因Si和GaN之間存在較大的熱失配和晶格失配導(dǎo)致的Si 襯底和GaN薄膜之間出現(xiàn)高缺陷密度的問題，減少錯位，提高了 Si襯底和 GaN基材的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于，包括如下步驟A1)在硅襯底表面外延一層AlN種子層，充NH3；A2)快速降溫導(dǎo)致AlN龜裂，AlN龜裂后將沿多個方向形成條行的裂紋，在裂紋的地方因NH3的存在而形成SiN；A3)原位生長SiN，在裂縫處SiN進一步長厚，在AlN上面SiN形成零星的分布，形成一層掩膜；A4)在SiN掩膜的AlN種子層上外延氮化鎵，直到GaN完全合并為止。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于， 所述A1N種子層厚度在5nm 300nm之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于， 所述A1N上面SiN的厚度在lnm 50nm之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于， 在所述步驟A4中包括如下步驟，A4.1)所述GaN在A1N種子層上生長，而在有SiN的地方不生長； A4.2)當GaN生長1 50nm厚度，改變工藝參數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于， 在所述步驟A4.2中，改變工藝參為，增大NH3流量20X至100%，升高溫度 10度至100度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，其特征在于， 所述硅襯底為Si (111)或Si (100)。
全文摘要
本發(fā)明涉及硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，包括如下步驟A1)在硅襯底表面外延一層AlN種子層；A2)快速降溫導(dǎo)致AlN龜裂，AlN龜裂后將沿多個方向形成條行的裂紋，在裂紋的地方因NH3的存在而形成SiN；A3)原位生長SiN，在裂縫處SiN進一步長厚，在AlN上面SiN形成零星的分布，形成一層掩膜；A4)在SiN掩膜的AlN種子層上外延氮化鎵，直到GaN完全合并為止。由于本發(fā)明的硅襯底上橫向生長氮化鎵的方法，采用，使得氮化鎵橫向外延生長，使得位錯彎曲，減少了位錯，克服了Si襯底與GaN之間具有較大的熱失配和晶格失配導(dǎo)致在Si襯底上外延的GaN薄膜出現(xiàn)高缺陷密度的缺陷。
文檔編號C30B25/02GK101469446SQ20071018612
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者王質(zhì)武 申請人:深圳市方大國科光電技術(shù)有限公司