利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法
【专利摘要】一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，包括以下步骤：步骤1：取一外延衬底；步骤2：在外延衬底上外延一致密薄层，该致密薄层作为后续氮化镓外延的成核层；步骤3：暂停生长，使致密薄层发生分解，得到疏松薄层；步骤4：在疏松薄层上，外延氮化镓薄膜。本发明的方法是采用AlInGaN四元合金作为氮化镓外延的成核层，利用In原子的易析出特性生成非致密的AlInGaN外延层来释放来自晶格失配的应力，从而获得高质量的氮化镓外延薄膜。
【专利说明】利用Al InGaN制作氮化镓外延薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体【技术领域】，特别是指一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]由于现代中国电力主要依靠火电，煤炭资源的匮乏，石油的紧缺和新兴能源的不确定性，节能减排成为当代社会经济发展的重要前提。而普通照明所依靠的白炽灯，节能灯，高压汞灯等等具有一系列的缺点，发光效率低下。基于氮化镓的LED照明成为了节能环保的照明灯具的基础，被誉为下一代的照明技术。
[0003]由于氮化镓基LED的制备主要依靠从蓝宝石上外延生长氮化镓来进行器件制作，如何获得高质量的氮化镓是LED照明技术发展的瓶颈之一。多步生长法是近几十年发展出来的氮化镓外延方式，低温形成氮化镓成核层，然后高温生长单晶氮化镓。这种方式的不足之处是低温生长的氮化镓由于和蓝宝石衬底的晶格失配而产生了巨大的压应力，由于其上便生长了高温氮化镓，因而此应力便继承到了其上的氮化镓层甚至其后的量子阱区域，Mg掺杂氮化镓区域。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，该方法采用AlInGaN四元合金作为氮化镓外延的成核层，利用In原子的易析出特性生成非致密的AlInGaN外延层来释放来自晶格失配的应力，从而获得高质量的氮化镓外延薄膜。
[0005]本发明提供一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:取一外延衬底；
[0007]步骤2:在外延衬底上外延一致密薄层，该致密薄层作为后续氮化镓外延的成核层；
[0008]步骤3:暂停生长，使致密薄层发生分解，得到疏松薄层；
[0009]步骤4:在疏松薄层上,外延氮化镓薄膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中:
[0011]图1为本发明的制作流程图；
[0012]图2为本发明的外延衬底上外延AlInGaN的示意图；
[0013]图3为本发明的恒温处理分解AlInGaN的示意图；
[0014]图4为本发明的在AlInGaN上外延氮化镓的示意图。
【具体实施方式】[0015]请参阅图1至图4所示，本发明提供一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，包括以下步骤:
[0016]步骤1:取一外延衬底11，所述外延衬底11的材料为蓝宝石、娃或碳化娃等外延衬底，该外延衬底11为平面衬底，为后续的外延生长提供了成核平台；
[0017]步骤2:在外延衬底11上外延一致密薄层12，所述致密薄层12的材料为AlInGaN,其厚度为5-100nm，所述致密薄层12的外延温度为600-1000°C，生长时间介于5_1000s该致密薄层12作为后续氮化镓外延的成核层，为后续生成稀疏薄层13提供了原材料，选取合适的In和Al源气流量最重要，会直接影响致密薄膜12的材料质量及其后疏松薄层13的应力释放；
[0018]步骤3:暂停生长，使致密薄层12发生分解，得到疏松薄层13，所述暂停生长时保持氮气通入，暂停生长时的时间为1-30秒，所述暂停生长时的温度停留在外延致密薄层12时的生长温度，所述疏松薄层13的材料为AlGaN或AlInGaN或两者的固溶体，所述疏松薄层13为稀疏非致密结构。保持生长温度并暂停生长有利于In原子的析出，保持0130秒即可完成In析出的过程，留下的疏松结构13保留了三族氮化物的六方晶体结构，是后续氮化镓外延的成核点；
[0019]步骤4:在疏松薄层13上，外延氮化镓薄膜14，所述氮化镓薄膜14外延生长温度大于1000度，由于疏松薄层13其结构疏松，源于晶格失配的应力的到了释放，因而其上生长的氮化镓薄膜14可以在一个小的应变环境下外延生长。
[0020]其中所述的外延方法为金属有机化合物气相外延。
[0021]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法,包括以下步骤: 步骤1:取一外延衬底； 步骤2:在外延衬底上外延一致密薄层，该致密薄层作为后续氮化镓外延的成核层； 步骤3:暂停生长，使致密薄层发生分解，得到疏松薄层； 步骤4:在疏松薄层上,外延氮化镓薄膜。
2.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中外延衬底的材料为蓝宝石、硅或碳化硅，该外延衬底为平面衬底。
3.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中所述的外延方法为金属有机化合物气相外延。
4.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中致密薄层的材料为AlInGaN,厚度为5-100nm。
5.根据权利要求4所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中致密薄层的外延温度为600-1000°C。
6.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中暂停生长时保持氮气通入，暂停生长时的时间为1-30秒。
7.根据权利要求6所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中暂停生长时的温度停留在外延致密薄层时的生长温度。
8.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中氮化镓薄膜外延生长温度大于1000度。
9.根据权利要求1所述的利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法，其中疏松薄层的材料为AlGaN。
【文档编号】H01L33/00GK103489968SQ201310407479
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】冯向旭, 张宁, 刘乃鑫, 付丙磊, 朱绍歆, 张连, 魏同波, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所