一种氮化物底层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电器件制备领域，尤其涉及一种氮化物底层的制备技术。
【背景技术】
[0002]宽禁带II1-V族半导体材料的迅猛发展使得高亮度发光二极管实现了绿光到近紫外产品的商业化。但目前商业化的LED大部分仍采用蓝宝石衬底作为基板，因蓝宝石与氮化物的晶格常数差异较大，外延层中的位错密度仍然高于~107，如此高的位错密度严重阻碍了器件内量子效率的进一步提升。
[0003]低温缓冲层的好坏是氮化物外延层中位错密度多寡的决定因素，目前商业化的方法是在M0CVD生长过程中先在400~600°C生长低温缓冲层，然后升温到900~1100°C生长三维或者准二维层氮化物后，再调整反应室压力、温度等参数获得平面的氮化物表面。采用M0CVD生长的低温缓冲层虽然能够极大的降低位错密度，但因为生长条件的限制，缓冲层的厚度基本都在20 nm以上，依然会有大量位错密度穿透至外延层；另外，因为M0CVD生长低温缓冲层仍然采用V/III比较大的条件，生长速率往往取决于III族源的流量，当衬底尺寸等于或者大于4寸时，因为温度和III族源的不均匀性导致厚度均匀性较差，使外延层中的位错密度在晶圆上也差异较大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种氮化物底层，采用分子束外延法生长低温缓冲层，然后将基板转移至M0CVD反应室升温至900~1100°C退火，然后生长三维层，最后获得平面的氮化物层。分子束外延技术生长的低温缓冲层厚度为5~20nm，高温退火后厚度小于~15nm，能大幅度降低外延层中的位错密度。
[0005]本发明的第一个技术方案为:氮化物底层，包括:衬底、位于所述衬底之上的低温缓冲层，位于低温缓冲层之上的氮化物层，所述低温缓冲层具有足够大的层错密度，以释放氮化物层与衬底之间因晶格失配造成的应力，使更多的位错终止在低温缓冲层而不穿透至上面的氮化物层，所述氮化物层包含三维氮化物层和二维氮化物层。其中，低温缓冲层采用分子束外延技术生长，然后将衬底转移至M0CVD反应室生长准三维氮化物层及二维氮化物层。
[0006]优选地，所述低温缓冲层的层错密度大于或等于5E8 /cm2。
[0007]优选地，所述低温缓冲层的厚度为15nm以下。
[0008]优选地，所述氮化物层的位错密度不大于5E6 /cm2。
[0009]优选地，所述低温氮化物层采用分子束外延技术在富Ga条件下生长，其到达所述衬底表面的III族源摩尔量大于V族源的摩尔量。
[0010]优选地，所述衬底为4寸晶圆，所述低温缓冲层厚度的差异在2%以内。
[0011]本发明的第二个技术方案为:一种氮化物底层的制备方法，依次在一衬底上生长低温氮化物缓冲层和氮化物层，其中所述氮化物层包含三维氮化物层和二维氮化物层，通过生长方法控制形成的低温缓冲层具有足够大的层错密度，以释放氮化物层与衬底之间因晶格失配造成的应力，使较多的位错终止在低温缓冲层而不穿透至所述氮化物层，从而获得较低位错密度的氮化物层。
[0012]进一步地，采用分子束外延技术生长所述低温缓冲层，然后将衬底转移至M0CVD反应室生长所述氮化物层。在上述方法中，采用分子束外延技术生长低温缓冲层时为富Ga的条件，即到达衬底表面的III族源摩尔量大于V族源的摩尔量。
[0013]进一步地，分子束外延技术生长低温缓冲层的温度为100~450 °C，在该范围内温度对生长速率的影响较小，衬底温度的不均匀性不会影响到生长速率。
[0014]进一步地，分子束外延技术在富Ga的条件下生长低温缓冲层时，生长速率主要取决于V族源的流量，III族源流量对生长速率影响较小，能够在较大面积范围保持均匀的生长速率。
[0015]进一步地，分子束外延技术生长的低温缓冲层在4寸晶圆上的厚度差异在2%以内。
[0016]进一步地，分子束外延生长的低温缓冲层的厚度为1~20 nm,进入M0CVD反应室退火后的厚度小于15 nm。
[0017]进一步地，生长完低温缓冲层的衬底转移至MOCVD反应室退火后，直接生长准二维氮化物层或者三维氮化物层，再进行二维氮化物层的生长，可以缩短生长时间。
[0018]进一步地，M0CVD生长的氮化物层的厚度不大于4 μπι。
[0019]进一步地，上述方法能够减薄应力过渡区域的厚度，降低外延层中的位错密度，使位错密度降低至5X106/cm2以下，较目前普遍采用的商业化方法至少低一个数量级。
[0020]本发明的第三个技术方案为:一种氮化物底层的制备方法，依次在一衬底上生长低温氮化物缓冲层和氮化物层，其中所述氮化物层包含三维氮化物层和二维氮化物层，采用分子束外延技术生长所述低温缓冲层，然后将衬底转移至M0CVD反应室进行退火处理后生长所述氮化物层。
[0021]在上述方法中，采用分子束外延技术生长低温缓冲层时为富Ga的条件，即到达衬底表面的III族源摩尔量大于V族源的摩尔量。
[0022]进一步地，分子束外延技术生长低温缓冲层的温度为100~450 °C，在该范围内温度对生长速率的影响较小，衬底温度的不均匀性不会影响到生长速率。
[0023]进一步地，分子束外延技术在富Ga的条件下生长低温缓冲层时，生长速率主要取决于V族源的流量，III族源流量对生长速率影响较小，能够在较大面积范围保持均匀的生长速率。
[0024]进一步地，分子束外延技术生长的低温缓冲层在4寸晶圆上的厚度差异在2%以内。
[0025]进一步地，分子束外延生长的低温缓冲层的厚度为1~20 nm,进入M0CVD反应室退火后的厚度小于15 nm。
[0026]上述方法制备的氮化物底层可用于各类光电器件及功率器件，改善器件性能。
【附图说明】
[0027]图1为根据本发明实施的一种氮化物底层侧视图。
[0028]图2为根据本发明实施的一种氮化物底层的制备方法。
[0029]图3常规商业化氮化物底层中位错分布示意图。
[0030]图4为本发明一种氮化物底层中位错分布图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明一种氮化物底层及其制备方法更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。
[0032]实施例1
图1简单示意了一种氮化物底层，从下至上依次为:一衬底101、一低温缓冲层102、一准二维氮化物层103、一三维氮化物层104、一二维氮化物层105。
[0033]其中，低温缓冲层102采用分子束外延技术生长，然后将衬底转移至M0CVD反应室生长准二维氮化物层103、三维氮化物层104及二维氮化物层105。上述方法能够减减薄应力过渡区域的厚度，降低外延层中的位错密度，使位错密度降低至5X106/cm2以下，较目前普遍采用的商业化方法至少低一个数量级。并且能够提高大面积衬底上低温缓冲层厚度的均匀性，分子束外延技术生长的低温缓冲层在4寸晶圆上的厚度差异在2%以内。
[0034]图2简单示意了一种氮化物底层的制备方法，其主要包括:步骤S100，采用分子束外延技术，在富Ga条件下生长低温氮化物缓冲层；步骤S200:转移至M0CVD反应室进行退火处理；步骤S300:采用M0CVD在低温缓冲层上准二维氮化物层、三维氮化物层和二维氮化物层。
[0035](1)生长低温缓冲层102
将衬底于分子束外延反应室中升温至750~850 °C，并恒温~lmin除去衬底表面水气；然后温度降低至700~750°C，通入N源进行氮化，时间为l~10min，优选地为3min，反应室压力为6E-5~9E-4。采用