专利名称：氮化镓晶体的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件材料的制造方法，更准确地是氮化镓晶体的制造方法。
背景技术：
半导体异质结是目前半导体器件的主要结构，如LED、LD、HEMT等等，目前全采用异质结构。而只有晶格匹配或晶格常数相同的材料方能外延生长形成异质结，晶格匹配的要求是晶格常数的差异在万分之一左右。在III、V族半导体材料中以GaAs、InP为衬底的器件都可以通过外延方式得到晶格匹配的非常完美的外延层。但对氮化镓来说，由于大尺寸的氮化镓单晶体很难制造，因而进行氮化镓材料外延时，通常采用Si、蓝宝石Al2O3等易于制造大面积衬底的材料。而蓝宝石、Si等都与氮化镓材料有着较大的失配；如蓝宝石与氮化镓存在14％的失配，Si的失配更大。在此种衬底上生长的氮化镓的位错密度高达(108-1010cm-2)，使得晶体质量不好。
现有的氮化物外延技术，主要采用氮化物的侧向生长技术。例如用二氧化硅覆盖一部分氮化物表面，然后进行光刻，形成窗口，在窗口处进行二次外延，新外延的氮化物主要在光刻后裸露的氮化物表面生长。该方法程序较复杂，不易工业化。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种氮化镓晶体的制造方法，有效降低位错，解决衬底与外延层失配问题，便于实现工业化。
本发明的氮化镓晶体的制造方法包括以下步骤(1)衬底上外延生长氮化镓或氮化铝；(2)在氮化镓表面热沉积硅、碳化硅、氮化硅、或氧化硅的结晶颗粒；(3)继续外延生长氮化镓；所述衬底可以是蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌、氧化镁、LiAlO2、或LiGaO2。
第(3)步包括再生长不掺杂的或掺杂的氮化镓薄膜D或LED、LD、HEMT等光电子、电子器件结构。
本发明可以通过现有技术通用的MOVCD方法、MBE方法、PECVD方法实现。例如可采用低压可编程自动控制MOCVD生长系统，如美国EMCORE公司的涡轮转盘MOCVD材料生长系统或英国SWAN公司的MOCVD材料生长系统，可依据现有技术根据具体器件设计材料生长具体参数。
当氮化镓表面被其他材料部分覆盖后，氮化镓的外延生长在氮化镓裸露的地方最易生长；所以，在衬底上外延生长了氮化镓后，再在此表面部分热沉积硅的结晶颗粒，使得氮化镓表面被硅的结晶颗粒部分覆盖，之后再继续进行氮化镓外延，由于氮化镓的外延生长在氮化镓裸露的地方最易生长，所以，氮化镓会在硅结晶颗粒的缝隙处生长，当氮化镓生长高出硅结晶颗粒后，氮化镓就会侧向生长，从而覆盖硅颗粒，生成一个完整的平面，有效降低氮化镓材料的位错缺陷。
硅烷等硅的前级原料热解沉积在有缺陷的表面时，成核最易发生在缺陷处，因为此处的活化能比较低。故控制反应温度及硅烷的输运量，使硅的沉积反应处于缺陷处活化能的动力学控制下，从而使硅成核主要集中在缺陷处。当缺陷处这种具有较高反应活性的位置被硅结晶覆盖后，反应活性会降低，可以使薄膜表面的反应活化能梯度降低，利于单晶薄膜的生长。
第(2)步中，可以在400℃-1100℃下通入硅烷，输运量从10-7mol/min--10-5mol/min，反应时间从2秒到9分钟，形成硅的结晶颗粒。
为了形成氮化硅或氧化硅结晶颗粒，第(2)步形成硅的结晶颗粒后，进行氮离子或氧离子注入，如以剂量为1017cm-2的氮或氧离子进行注入外延片，再将材料加热至1000℃，使得硅结晶颗粒生成氮化硅或氧化硅。
为了形成碳化硅结晶颗粒，第(2)步形成硅的结晶颗粒后，放在烃类气氛以700℃-900℃碳化，使硅结晶形成碳化硅。
第(2)步形成硅、碳化硅、氮化硅、或氧化硅的结晶颗粒，特别有利于进行后续的氮化镓晶体侧向生长。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、通过在氮化镓层上生长硅的结晶，部分覆盖氮化镓层上的缺陷，使得再生长氮化镓层时，缺陷数目减少；2、通过侧向生长，可以大幅度降低氮化镓生长中由于衬底与外延层的失配而导致的缺陷；3、方法简单可行，节省生产成本和时间，提高生产效率；4、无需添加新设备，无需光刻，采用现有设备即可实现；5、提高氮化镓晶体质量。
具体实施例方式
采用美国EMCORE公司的涡轮转盘MOCVD材料生长系统
(1)在碳化硅衬底上外延生长氮化镓；(2)在800℃下通入硅烷，输运量10-7mol/min，反应时间40秒，表面形成部分裸露硅结晶；放在烃类气氛以700℃碳化，使硅结晶形成碳化硅；(3)继续外延生长氮化镓；如有必要还可继续进行器件的生长制造。
权利要求
1.一种氮化镓结晶的制造方法，其特征在于包括以下步骤(1)在衬底上外延生长氮化镓或氮化铝；(2)在氮化镓表面热沉积硅、碳化硅、氮化硅、或氧化硅的结晶颗粒；(3)继续外延生长氮化镓；所述衬底可以是蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌、氧化镁、LiAlO2、或LiGaO2。
2.根据权利要求1所述的氮化镓结晶的制造方法，其特征在于第(2)步中，在400℃-1100℃下通入硅烷，输运量从10-7mol/min--10-5mol/min，反应时间从2秒到9分钟，形成硅的结晶颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的氮化镓结晶的制造方法，其特征在于第(2)步形成硅的结晶颗粒后，进行氮离子或氧离子注入。
4.根据权利要求3所述的氮化镓结晶的制造方法，其特征在于以剂量为1017cm-2的氮或氧离子进行注入，再将材料加热至1000℃，使硅结晶颗粒生成氮化硅或氧化硅。
5.根据权利要求1或2所述的氮化镓结晶的制造方法，其特征在于第(2)步形成硅的结晶颗粒后，放在烃类气氛以700℃-900℃碳化，使硅结晶形成碳化硅。
全文摘要
本发明涉及半导体器件材料的制造方法，更准确地是氮化镓晶体的制造方法，包括以下步骤(1)在衬底上外延生长氮化镓或氮化铝；(2)在氮化镓表面热沉积硅、碳化硅、氮化硅、或氧化硅的结晶颗粒；(3)继续外延生长氮化镓如再生长不掺杂的或掺杂的氮化镓薄膜D或LED、LD、HEMT等光电子、电子器件结构；所述衬底可以是蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌、氧化镁、LiAlO
文档编号C30B29/10GK1434482SQ03113769
公开日2003年8月6日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者王浩, 范广涵 申请人:华南师范大学