Si衬底上的Ⅲ‑N半导体层的制作方法

文档序号:11966731阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种在硅衬底上生长III-N半导体材料的方法,所述方法包括步骤:

提供单晶硅衬底;

在所述硅衬底上生长外延稀土氧化物层,所述外延稀土氧化物层具有表面;

利用氮终止所述外延稀土氧化物层的所述表面,形成氮原子模板;

在所述外延稀土氧化物层的氮终止表面上生长III-N材料层;以及

在所述III-N材料层上生长体外延III-N半导体材料层。

2.根据权利要求1所述的方法,其中,生长III-N材料层的步骤包括外延生长GaN和AlN之一。

3.根据权利要求1所述的方法,其中,利用氮终止所述外延稀土氧化物层的所述表面的步骤包括利用氮等离子体改性所述表面。

4.根据权利要求3所述的方法,其中,利用氮等离子体改性所述外延稀土氧化物层的所述表面的步骤包括使用以下参数:所述氮等离子体具有在2至4范围中的原子比分子的比率并且在所述氮等离子体改性期间的衬底温度在550℃至850℃范围中。

5.根据权利要求21所述的方法,其中,生长低温外延氮化镓层的步骤包括使用如下参数:衬底温度在450℃至650℃的范围中;所述等离子体中原子比分子氮的比率在2至4范围中;以及大约1×10-6Torr的镓蒸气分压。

6.根据权利要求1所述的方法,其中,生长体外延III-N半导体材料层的步骤包括使用如下参数:衬底温度在800℃至950℃范围中;镓蒸气分压大约2.5×10-6Torr;以及所述等离子体中原子比分子氮的比率在2至4范围中。

7.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述硅衬底上生长外延稀土氧化物层的步骤包括生长单层和多层REO缓冲层之一。

8.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述硅衬底上生长外延稀土氧化物层的步骤包括外延生长基本上与所述硅衬底晶格匹配的第一稀土氧化物层以及在所述第一稀土氧化物层上外延生长具有不同晶格常数的第二稀土氧化物层以使得所述第二稀土氧化物层受应力。

9.根据权利要求8所述的方法,其中,外延生长所述第二稀土氧化物层的步骤包括生长具有低于10nm厚度的所述第二稀土氧化物层以在晶体结构中维持应力。

10.一种在硅衬底上生长III-N半导体材料的方法,所述方法包括如下步骤:

提供单晶硅衬底;

在所述硅衬底上外延生长稀土氧化物的第一层,所述稀土氧化物的第一层与所述硅衬底基本上晶格匹配;

在所述稀土氧化物的第一层上外延生长稀土氧化物的第二层,所述稀土氧化物的第二层具有与所述稀土氧化物的第一层不同的晶格常数,从而在所述稀土氧化物的第二层中产生应力;

利用氮将外延稀土氧化物的第二层氮化以形成成核层;以及

在外延稀土氧化物的成核层上外延生长III-N材料层。

11.根据权利要求10所述的方法,其中,外延生长所述稀土氧化物的第二层的步骤包括生长具有低于10nm的厚度的所述稀土氧化物的第二层。

12.根据权利要求10所述的方法,其中,外延生长所述稀土氧化物的第一层的步骤包括生长具有大于50nm的厚度的所述稀土氧化物的第一层。

13.根据权利要求10所述的方法,其中,在所述硅衬底上外延生长所述稀土氧化物的第一层的步骤包括生长单层和多层REO缓冲层之一。

14.一种在硅衬底上生长III-N半导体材料的方法,所述方法包括如下步骤:

提供单晶硅衬底;

在所述硅衬底上外延生长稀土氧化物的第一层,所述稀土氧化物的第一层与所述硅衬底基本上晶格匹配;

在所述稀土氧化物的第一层上外延生长稀土氧化物的第二层,所述稀土氧化物的第二层具有与所述稀土氧化物的第一层不同的晶格常数,从而在所述稀土氧化物的第二层中产生应力;

利用氮将外延稀土氧化物的第二层氮化以形成成核层;

在外延稀土氧化物的成核层上外延生长REN RE-III-N材料的成核-缓冲层;以及

在外延稀土氧化物的成核-缓冲层上外延生长III-N材料层。

15.一种在硅衬底上生长III-N半导体材料的方法,所述方法包括如下步骤:

提供单晶硅衬底;

在所述硅衬底上生长外延稀土氧化物层,所述外延稀土氧化物层具有表面;

使用以下参数利用氮等离子体改性所述外延稀土氧化物层的所述表面:所述氮等离子体具有在2至4的范围中的原子比分子的比率,并且在所述氮等离子体改性期间所述衬底温度在550℃至850℃的范围中;

使用以下参数在所述外延稀土氧化物层的改性表面上生长低温外延氮化镓层:衬底温度在450℃至650℃的范围中;所述等离子体中原子比分子氮的比率在2至4的范围中;以及大约1×10-6Torr的镓蒸气分压;以及

使用以下参数在所述低温外延氮化镓层上生长体外延III-N半导体材料层:衬底温度在800℃至950℃的范围中;大约2.5×10-6Torr的镓蒸气分压;以及在2至4的范围中的所述等离子体中的原子比分子氮的比率。

16.一种在硅衬底上的III-N半导体材料,其包括:

单晶硅衬底;

位于所述硅衬底上的稀土氧化物的第一外延层,所述稀土氧化物的第一层与所述硅衬底基本上晶格匹配;

位于所述稀土氧化物的第一外延层上的稀土氧化物的第二外延层,所述稀土氧化物的第二外延层具有与所述稀土氧化物的第一外延层不同的晶格常数,在所述稀土氧化物的第二外延层中具有应力;

利用氮将外延稀土氧化物的第二层氮化以形成成核层;以及

位于外延稀土氧化物的成核层上的III-N材料的外延层。

17.根据权利要求16所述的在硅衬底上的III-N半导体材料,其中,所述稀土氧化物的第一外延层包括单晶氧化钆(Gd2O3)并且所述稀土氧化物的第二外延层包括单晶氧化铒(Er2O3)。

18.一种在硅衬底上的III-N半导体材料,其包括:

单晶硅衬底;

位于所述硅衬底上并具有表面的稀土氧化物的单晶层;

利用氮原子终止所述稀土氧化物的单晶层的表面,形成氮原子模板;

位于所述氮原子模板上的III-N材料的单晶层;以及

位于所述III-N材料的单晶层上的单晶外延体半导体III-N层。

19.根据权利要求18所述的在硅衬底上的III-N半导体材料,其中,单晶外延稀土氧化物层包括具有立方晶体结构的稀土氧化物。

20.根据权利要求18所述的在硅衬底上的III-N半导体材料,其中,具有立方晶体结构的单晶外延稀土氧化物包括单晶氧化铒(Er2O3)。

21.根据权利要求1所述的方法,其中,生长外延III-N半导体材料层的步骤包括生长低温外延体氮化镓。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1