一种防止GaN生长时N面分解的方法与流程

一种防止gan生长时n面分解的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体材料技术领域，尤其是涉及一种改善氮化镓外延生长，提高产品晶体质量的氮化镓生长方法。


背景技术：

2.氮化镓( gan) 材料是继第一代 ge、si 半导体材料和第二代 gaas、inp 化合物半导体材料之后的第三代新型半导体电子材料，具有大的宽能带隙，高的电子饱和迁移率，低的介电常数等优点，被广泛用于电力电子器件、微电子器件及光电子器件等领域。。gan 的极性可以用(0001) ,ga 面 , + c ,ga 极性或 ga 极面五个等价的名称来表示一个方向 ,而另一个方向则用 (0001) ,n面 ,
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c ,n 极性或 n 极面来表示。但是，根据密度泛涵理论计算结果，相比与ga面gan表面，n面gan表面具有更强的氢原子亲和能力。高分辨率电子能量损失谱（high-resolution electron energyloss spectroscopy ,hreels）测试结果显示，n原子晶格点位置处非常倾向于氢气或是氢原子的并入。所以说，n面gan的化学性质活泼，会在高温条件下分解，从而影响外延层的晶体质量以及作为原材料生产的激光器的波长均匀性，因此，防止氮化镓在外延生长中出现n面gan分解现象尤为重要；如中国发明专利授权公告号cn101358337b公开了一种非极性gan薄膜的生长方法，其利用金属有机物化学气相淀积(mocvd)系统在铝酸锂(lialo2)衬底上合成生长gan薄膜，其中，在生长gan薄膜之前，首先在铝酸锂衬底背面背镀二氧化硅(sio2)或氮化硅(si3n4)，一方面起应力平衡的作用，另一方面可以阻止衬底的分解，如li的挥发等。
3.该专利中采用衬底背面背镀二氧化硅(sio2)或氮化硅(si3n4)来阻止衬底分解，但是没有证据能证明阻止衬底分解的效果如何。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是现有的gan的n面在外延生长中会分解，为此提供一种防止gan生长时n面分解的方法。
5.本发明的技术方案是：一种防止gan生长时n面分解的方法，包括以下步骤：提供一氮化镓衬底；利用pvd镀膜技术在氮化镓衬底的n面镀上一层氮化铝膜；利用hvpe法在氮化镓衬底的ga面生长氮化镓，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700 torr
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900torr，载气h2：n2=1：1，反应气体hcl：nh3=1:20，时间8h-12h。
6.上述方案中所述生长氮化镓的厚度为700μm
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800μm。
7.上述方案中所述氮化镓衬底是自支撑氮化镓衬底。
8.上述方案中所述氮化铝膜的厚度为10nm
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100nm。
9.本发明的有益效果是能有效的防止外延生长时n面gan分解，从而可以得到晶体质量好的外延产品。
附图说明
10.图1
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图3是本发明方法的各步骤示意图；图4是使用本发明生长完成的氮化镓与正常生长氮化镓的对比图；图5是使用本发明生长的氮化镓与正常生长氮化镓的xrd数据对比；图中，100、衬底，101、氮化铝膜，102、氮化镓。
具体实施方式
11.下面结合附图 ，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
12.如图1所示，提供一衬底100，所述衬底为自支撑氮化镓衬底。
13.如图2所示，利用pvd镀膜技术在n面gan镀上一层ain膜101，氮化铝膜的厚度为10nm
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100nm，比如10nm、60nm或100nm。
14.如图3所示，利用hvpe法在衬底上生长氮化镓102，工艺温度在1000℃-1200℃，比如1000℃、1100℃或1200℃，腔室压力700torr
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900torr，比如700torr、800torr或900torr，载气h2：n2=1：1，反应气体hcl：nh3=1:20，时间8h-12h，比如8h、10h和12h，氮化镓高质量层厚度在700μm
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800μm，比如700μm、800μm或900μm。
15.生长完成的照片如图4右边所示。对其进行xrd测试，与正常生长的氮化镓rxd数据对比。采用本发明可以得到高质量的氮化镓晶体，提高产品质量。
16.ain膜（氮化铝膜）的优点：1、ain薄膜原子间以共价键相结合，因此化学稳定性好、熔点高；2、薄膜机械强度高、电绝缘性能佳；3、晶体薄膜硬度高；4、高电阻率、较低的漏电流以及较大的击穿场强。
17.pvd镀膜技术的优点：pvd镀膜膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.3μm～5μm，不影响物体原来尺寸，但是具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数），很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层的寿命更长；与传统镀膜技术相比所镀膜层的结合力更大，膜层的硬度更高，耐磨性和耐腐蚀性更好，膜层的性能也更稳定：也不会产生有毒或有污染的物质。
18.如图5所示，本发明得到的氮化镓与正常生长氮化镓的xrd数据相比，使用panalytical的xrd衍射仪测试出来的数据，都是体现晶体质量的，第一个radius（曲率半径），越大越好；第二个002hw，和第三个102hw，都是半峰宽，越小越好。数据越好，代表晶体质量越好，可见本发明的氮化镓质量相较于正常生长的氮化镓晶体质量更好。


技术特征：
1.一种防止gan生长时n面分解的方法，其特征是：包括以下步骤：提供一氮化镓衬底；利用pvd镀膜技术在氮化镓衬底的n面镀上一层氮化铝膜；利用hvpe法在氮化镓衬底的ga面生长氮化镓，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700 torr
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900torr，载气h2：n2=1：1，反应气体hcl：nh3=1:20，时间8h-12h。2.如权利要求1所述的一种防止gan生长时n面分解的方法，其特征是：所述生长氮化镓的厚度为700μm
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800μm。3.如权利要求1所述的一种防止gan生长时n面分解的方法，其特征是：所述氮化镓衬底是自支撑氮化镓衬底。4.如权利要求1所述的一种防止gan生长时n面分解的方法，其特征是：所述氮化铝膜的厚度为10nm
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100nm。

技术总结
本发明公开了一种防止GaN生长时N面分解的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：提供一氮化镓衬底；利用PVD镀膜技术在氮化镓衬底的N面镀上一层氮化铝膜；利用HVPE法在氮化镓衬底的Ga面生长氮化镓，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700 torr-900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间8h-12h。本发明的有益效果是能有效的防止外延生长时N面GaN分解，从而可以得到晶体质量好的外延产品。而可以得到晶体质量好的外延产品。而可以得到晶体质量好的外延产品。


技术研发人员：黄磊 刘德昂
受保护的技术使用者：镓特半导体科技（上海）有限公司
技术研发日：2022.09.02
技术公布日：2022/12/1