一种衬底、外延片及其生长方法

文档序号：1531425 发布日期：2020-02-14 浏览：37次 >En<

阅读说明：本技术 一种衬底、外延片及其生长方法 (Substrate, epitaxial wafer and growth method thereof ) 是由张志荣郭艳敏尹甲运王波高楠房玉龙冯志红于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及半导体技术领域,具体公开一种衬底、外延片及其生长方法。所述衬底,包括：晶片,所述晶片上外延BxAl1-xN薄膜层,所述BxAl1-xN薄膜层的厚度为1-2000nm。所述外延片为基于上述衬底制备的氮化物外延材料。本申请通过在晶片上外延BxAl1-xN薄膜形成BAlN复合衬底,然后在BAlN复合衬底上外延生长氮化物薄膜,由于B元素与氮化物晶格匹配,且BN晶格具有的滑移特性,降低氮化物外延薄膜的位错密度和应力,提高了氮化物外延材料的晶体质量。(The invention relates to the technical field of semiconductors, and particularly discloses a substrate, an epitaxial wafer and a growth method of the epitaxial wafer. The substrate includes: wafer on which B is epitaxial x Al 1‑x N thin film layer, B x Al 1‑ x The thickness of the N thin film layer is 1-2000 nm. The epitaxial wafer is a nitride epitaxial material prepared on the basis of the substrate. The present application is achieved by epitaxy of B on a wafer x Al 1‑x The N film forms a BALN composite substrate, and then a nitride film is epitaxially grown on the BALN composite substrate, and due to the fact that B elements are matched with nitride lattices and the BN lattices have the slip characteristics, the dislocation density and the stress of the nitride epitaxial film are reduced, and the crystal quality of the nitride epitaxial material is improved.)

一种衬底、外延片及其生长方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种衬底、外延片及其生长方法。

背景技术

以氮化镓为代表的第三代半导体氮化物材料由于具有宽的禁带宽度，高电子速度等特点，已经成为半导体领域的研究热点。尤其是氮化镓基器件在微波、毫米波频段广泛应用于无线通信、雷达等电子系统，在光电子和微电子领域具有十分广阔的发展前景。

氮化镓外延材料主要是通过在衬底上外延生长获得，其中衬底包括氮化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化铝或硅基衬底等。但是由于氮化镓材料与衬底之间存在较大的晶格失配和热膨胀失配等问题，如与蓝宝石失配率为16％，与碳化硅失配率为3.4％，与硅基失配率为17％，使得外延生长得到的氮化镓材料引入了大量的位错和缺陷，缺陷密度高达108-1010cm^-2，同时会产生极大的应力，严重影响了氮化镓基器件的使用寿命和使用效率。

目前氮化镓外延材料的生长方法是“两步法”，即首先在衬底上生长一层氮化物形核层，然后在退火结晶后的形核层上持续高温生长氮化镓外延材料。由于衬底和GaN薄膜之间晶格和热膨胀不匹配会导致缺陷及应力的产生，使得GaN氮化镓外延材料的晶体质量很差，严重氮化镓材料的应用。

发明内容

针对现有衬底和GaN薄膜之间晶格和热膨胀不匹配的问题，本发明提供一种衬底。

以及，一种基于上述衬底制备的外延片。

以及，上述外延片的生长方法。

本发明实施例的第一方面提供一种衬底，包括：

晶片，所述晶片上外延B_xAl_1-xN薄膜层，所述B_xAl_1-xN薄膜层的厚度为1-2000nm。

可选的，所述B_xAl_1-xN薄膜层的厚度为1-200nm。

可选的，所述B_xAl_1-xN薄膜层的厚度为10-50nm。

可选的，所述B_xAl_1-xN薄膜层中的x为0.01-1。

可选的，所述B_xAl_1-xN薄膜层中的x为0.1-0.2。

可选的，所述晶片为氮化镓、蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝、二氧化硅、金刚石或石墨。

可选的，所述B_xAl_1-xN薄膜层的制备方法为热蒸发、脉冲激光沉积、离子束辅助沉积、电子束蒸发、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积、微波等离子体或微波电子回旋共振。

可选的，所述磁控溅射法的条件为：磁控溅射功率100W-200W，靶距0.2cm-2cm，溅射时间10min-60min，溅射温度0℃-300℃。

本发明实施例的第二方面提供一种外延片，包括本发明实施例第一方面中任一种衬底制备的氮化物外延材料。

本申请在晶片上外延类六方结构的B_xAl_1-xN薄膜层，B_xAl_1-xN在c轴方向键合力小，在层与层之间易于滑动，使得B_xAl_1-xN与晶片形成BAlN复合衬底；BAlN复合衬底与氮化物外延材料晶格匹配，还能降低位错密度，并能够避免外延材料生长过程中B相分离，有利于氮化物材料的生长。

本发明实施例的第三方面提供一种外延片的生长方法，包括：

通过磁控溅射法在晶片上生长B_xAl_1-xN薄膜层；

将生长了B_xAl_1-xN薄膜层的晶片作为复合衬底放入反应腔中，生长氮化物外延材料。

其中氮化物材料为AlN、GaN或InN。

其中氮化物材料为Ga、Al、In的合金结构。

本申请通过在晶片上外延B_xAl_1-xN薄膜形成BAlN复合衬底，然后在BAlN复合衬底上外延生长氮化物薄膜，由于B元素与氮化物晶格匹配，且BN晶格具有的滑移特性，降低氮化物外延薄膜的位错密度和应力，提高了氮化物外延材料的晶体质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的晶片示意图；

其中，100、晶片；200、B_xAl_1-xN薄膜层；300、衬底。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一个实施例中，参见图1，本实施例提供一种衬底300，包括晶片100，所述晶片100上外延B_xAl_1-xN薄膜层200。晶片100选用氮化镓材料，采用磁控溅射法在所述晶片100的上表面外延B_xAl_1-xN薄膜层200，所述晶片100的上表面为制备外延材料的面，所述B_xAl_1-xN薄膜层的浓度为10nm，其中B_xAl_1-xN中x为0.1。