專利名稱：高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延生長方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的異質(zhì)外延生長領(lǐng)域，特別是涉及到在藍寶石上HVPE方法外延 生長高質(zhì)量GaN單晶厚膜材料。
背景技術(shù)：
當代社會，微電子器件和光電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代科技、國民經(jīng)濟和日常 生活中的方方面面，這些品種繁多的半導體器件與材料的外延技術(shù)密切相關(guān)。材料的外延主要是指在單晶襯底上，生長與襯底材料結(jié)構(gòu)相同或相似的晶體薄 膜。根據(jù)外延層與襯底材料是否相同，材料的外延可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延兩種。異質(zhì) 外延技術(shù)是制備半導體材料的重要方法，也是開發(fā)新材料和新器件的重要途徑。材料異質(zhì)外延面臨的主要問題來源于襯底材料和外延材料的晶格失配和熱失配， 其主要體現(xiàn)在兩個方面一是提高材料質(zhì)量，即解決失配帶來的高密度位錯問題；二是有 效釋放材料中的應(yīng)力。一般而言，當高質(zhì)量的異質(zhì)外延膜達到一定厚度時(如藍寶石外延 GaN幾十微米時)就會因失配導致外延膜開裂，從而不能得到大尺寸自支撐的高質(zhì)量襯底 晶片。即普遍的規(guī)律是如果追求材料的高質(zhì)量，就必然會引起應(yīng)力的集中，處理不當會導 致材料開裂；如果追求應(yīng)力的有效釋放，必然會以犧牲質(zhì)量為代價。目前，為了能同時降低位錯密度、提高晶體質(zhì)量并有效釋放應(yīng)力、減少開裂，許多 技術(shù)方法被相繼提出，主要包括柔性襯底技術(shù)、多緩沖層技術(shù)、各種插入層技術(shù)、各種圖形 掩膜和橫向外延技術(shù)等。柔性襯底是指厚度很薄且容易發(fā)生形變的襯底。外延體系中即使產(chǎn)生了位錯，因 為襯底很薄或容易形變，那么位錯會主要分布在襯底而不是外延膜中。日本電氣株式會社 的專利“柔性襯底和電子設(shè)備”(專利號=200410071018. 7)通過柔性襯底技術(shù)，防止了襯底 邊界上的應(yīng)力集中，從而防止了邊界部分中的裂紋，保護了布線導體不斷線。中國科學院半 導體研究所的專利“鍵合強度可調(diào)節(jié)的柔性襯底”(專利號02105735. 4)，提出了一種鍵合 強度可調(diào)節(jié)的柔性襯底，解決了柔性層與機械支撐襯底的鍵合強度問題，可以用于生長高 質(zhì)量的外延膜。但是，對于柔性襯底技術(shù)來說，遇到的瓶頸在于尋找匹配的柔性襯底材料和 柔性襯底的支撐問題。多緩沖層技術(shù)是1997年由日本名城大學(Meijo University) Akasaki小組提出 的一種基于生長高質(zhì)量GaN薄膜材料的技術(shù)，通過在GaN外延層中插入一層或多層低溫GaN 緩沖層，有效地降低了材料的位錯密度。美國3M公司的專利“具有BeTe緩沖層的II-VI族 半導體器件”(專利號=98802564. 7)，利用BeTe緩沖層減少了 GaAs襯底與II-VI族半導體 界面處的堆垛層錯缺陷。這些緩沖層或插入層都能夠在一定程度上調(diào)節(jié)薄膜內(nèi)部的應(yīng)力狀 態(tài)，起到應(yīng)力緩沖層的作用，同時一定程度上阻擋下層位錯向上的擴展，這些方法對外延幾 微米的薄膜材料效果較好，但是對于外延幾百微米的厚膜或單晶體材料而言，處理不當很 容易使材料質(zhì)量嚴重下降。圖形掩膜工藝較早用于HVPE (Hydride vapour phase印itaxy，氫化物氣相外延)的是日本于 1998 年提出的專利 Japanese Patent Laid-Open No. 312971/1998。此外，日 本住友電氣Sumitomo Electric Industries，Ltd在國內(nèi)和美國申請了一系列有關(guān)圖形小 刻面橫向外延(facet-growth)HVPE外延生長的專利技術(shù)。使用這一技術(shù)，開口區(qū)的位錯彎 曲90°，改為橫向延伸，不會到達樣品表面，翼區(qū)的位錯則被掩膜擋住而截止，從而降低貫 穿位錯的密度。在一次掩膜的基礎(chǔ)上，人們又發(fā)展了二次掩膜，與一次掩膜的窗口區(qū)和翼區(qū) 交替，從而進一步降低位錯密度，實現(xiàn)高質(zhì)量、低位錯密度材料的外延。不過圖形掩膜工藝 的缺點是它相對復雜的處理工藝
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明突出并體系化解決了材料異質(zhì)外延的兩個主要問題——材料質(zhì)量的提高 和應(yīng)力的有效釋放。一般而言，由于晶格失配和熱失配，異質(zhì)外延的單晶材料會存在兩種不 同的生長狀態(tài)——高質(zhì)量生長狀態(tài)和應(yīng)力釋放生長狀態(tài)高質(zhì)量生長狀態(tài)位錯較少，但應(yīng) 力較集中很容易開裂；而應(yīng)力釋放狀態(tài)應(yīng)力較小，但位錯顯著增多。這兩種不同的生長狀態(tài) 直接由不同的生長條件來決定。需要特別指出的是，在一定的生長窗口中，兩種不同的生長 狀態(tài)取決于相反趨勢的生長條件。以HVPE外延厚膜GaN為例，當生長條件選在溫度990°C 1080°C，壓強250torr 500torr，五三比20 90這樣的窗口時，較高的生長溫度、較高的 反應(yīng)壓強、較低的五三比以及較低的生長速率會得到高質(zhì)量狀態(tài)的GaN，而相反的生長條 件——較低的生長溫度、較低的反應(yīng)壓強、較高的五三比以及較高的生長速率會得到應(yīng)力 釋放狀態(tài)的GaN。本發(fā)明便以高質(zhì)量生長狀態(tài)和應(yīng)力釋放生長狀態(tài)為基礎(chǔ)，來體系化地處理 外延單晶材料的質(zhì)量和應(yīng)力這兩個問題。為了達到上述目的，本發(fā)明提出了高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延生長方案(如 圖1所示)，該方案基于材料的高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋放生長條件，對這兩種生長條件采 用漸變調(diào)制和周期調(diào)制的方法，同時通過調(diào)節(jié)質(zhì)量調(diào)制幅度，來實現(xiàn)對材料質(zhì)量和應(yīng)力釋 放的有效控制。根據(jù)本發(fā)明的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法包括如下步驟i.對襯底材料進行生長前預處理；ii.外延生長第一階段，實現(xiàn)應(yīng)力有效釋放的漸變調(diào)制——工藝參數(shù)從高質(zhì)量生 長條件逐漸變化到到應(yīng)力釋放生長條件；iii.外延生長第二階段，實現(xiàn)外延材料質(zhì)量提高的漸變調(diào)制——在第一階段生長 的薄膜之上進行外延工藝第二階段的薄膜生長，工藝參數(shù)從應(yīng)力釋放生長條件逐漸回到高 質(zhì)量生長條件；iv.以周期調(diào)制的方式重復第一階段和第二階段，逐漸生長出厚膜；v.生長的材料達到預定厚度后停止生長；以及vi.將厚膜材料的生長效果作為反饋，調(diào)整質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)，確定下次材料的生 長條件。其中，所述襯底材料，包括但不限于藍寶石、SiC、LiA102和Si等；所述外延材料包 括但不限于GaN、A1N、InN及其三元或四元化合物、SiC、ZnO和金剛石等。所述外延生長的工藝，包括但不限于液相外延方法、MOCVD方法、HVPE方法、MBE方 法和基于以上方法的改進方法。所述漸變調(diào)制，是指外延條件如溫度、壓強、反應(yīng)氣體流量 或反應(yīng)物濃度等基本工藝參數(shù)及其組合，在高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋放生長條件之間隨時 間逐漸的函數(shù)變化。
所述周期調(diào)制，是指生長第一階段和第二階段的連續(xù)循環(huán)，即工藝參數(shù)隨時間以 周期函數(shù)變化，所述周期函數(shù)包括但不限于矩形波函數(shù)、鋸齒波函數(shù)、正弦波函數(shù)以及初等 函數(shù)和分段函數(shù)組成的其他周期關(guān)系(如圖2所示)。對于具體在藍寶石襯底上HVPE方法外延生長GaN，所述高質(zhì)量生長條件為溫度T 髙質(zhì)量滿足1040°C< T髙質(zhì)量< 1080°C，壓強P髙質(zhì)量滿足=35Otorr < P髙質(zhì)量< 5OOtorr,五三比 R髙質(zhì)量滿足20 < R額量< 40 ； 所述應(yīng)力釋放條件為溫度T應(yīng)力釋放滿足990°C< T應(yīng)力釋放< 1040°C，壓強P應(yīng)力釋放滿 :250torr < P應(yīng)力釋放< 350torr，五三比R應(yīng)力釋放 薛 40 < R應(yīng)力釋放< 90。所述第一階段或第二階段的漸變調(diào)制持續(xù)時間可以從2秒鐘到5小時之間。所述第一階段和第二階段所構(gòu)成的一個周期內(nèi)，生長的材料厚度為10納米到500 微米。所述的質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)是指，在一定的生長窗口內(nèi)，高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋 放生長條件之間的差距；借助這個參數(shù)，可以將厚膜材料的生長效果作為反饋，調(diào)整質(zhì)量調(diào) 制幅度參數(shù)，確定下次材料的生長條件如果之前的外延材料出現(xiàn)開裂，則之后的生長需 增大質(zhì)量調(diào)制幅度；反之，如果之前的外延材料位錯過多，則之后的生長需減小質(zhì)量調(diào)制幅度。本發(fā)明已經(jīng)成功應(yīng)用到藍寶石襯底上外延高質(zhì)量GaN單晶厚膜材料中，外延GaN 厚膜無裂紋厚度達到300微米(如圖3所示)。進一步，該發(fā)明結(jié)合自分離技術(shù)成功得到 Imm厚、表面平整光滑的透明GaN單晶體材料(如圖4所示)，其中，完整一體的Imm厚GaN 單晶體材料的平面尺寸大于4cm2，XRD測試顯示(002)半寬為194arcSec，Hall測試結(jié)果顯 示本征載流子濃度為5. 9 X IO15CnT2，遷移率達到747cm2/V-S。以上結(jié)果充分顯示了本發(fā)明的設(shè)計方案可以平衡外延材料質(zhì)量的提高和應(yīng)力的 有效釋放，從而良好地實現(xiàn)高質(zhì)量單晶材料的外延。同時，本方法所有的處理工藝都是在材 料外延生長設(shè)備中一次完成，可以簡潔有效地應(yīng)用到多種材料的異質(zhì)外延中。


圖1 本發(fā)明高質(zhì)量單晶厚膜材料異質(zhì)外延生長的設(shè)計方案；圖2 本發(fā)明周期調(diào)制過程可以采用的初等函數(shù)和分段函數(shù)組合成的周期函數(shù)；圖3 應(yīng)用本發(fā)明得到的2英寸藍寶石上300微米厚表面平整光滑無裂紋的透明 GaN厚膜材料；圖4:應(yīng)用本發(fā)明結(jié)合自分離技術(shù)得到的Imm厚、表面平整光滑透明的GaN單晶體 材料，其中，XRD測試顯示(002)半寬為194arcSec，Hall測試結(jié)果顯示本征載流子濃度為 5. 9 X 1015cnT2，遷移率達到 747cm2/V-s。。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來對本發(fā)明的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延 生長方法進行進一步說明。本發(fā)明的設(shè)計方案如圖1所示，“漸變調(diào)制”是指材料外延條件如溫度、壓強、反應(yīng) 氣體流量或反應(yīng)物濃度等基本工藝參數(shù)及其組合的逐漸變化，這種漸變有利于外延環(huán)境的穩(wěn)定，從而也有利于外延材料質(zhì)量的穩(wěn)定，同時，這種漸變可以對外延過程逐步地實施應(yīng)力釋放的控制。另外，如果漸變過程遵循一定的變化函數(shù)，如線性函數(shù)，那么外延過程便可以 量化和規(guī)律化，增加了外延過程的定量可控性。如圖1所示，高質(zhì)量生長條件到應(yīng)力釋放生長條件的漸變過程便是應(yīng)力逐步釋放 的過程。這個過程能夠?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)力的有效釋放，但時間不能持續(xù)太長，否則外延材料的質(zhì)量 會變很差。所以，質(zhì)量改進的過程需要緊隨其后，即從應(yīng)力釋放生長條件回到高質(zhì)量生長條 件的漸變過程。同樣，質(zhì)量改進的過程也不能持續(xù)很久，否則生長的材料可能會因應(yīng)力的過 度集中而導致開裂。應(yīng)力釋放過程和質(zhì)量改進過程的循環(huán)，就能同時平衡外延材料質(zhì)量的 提高和應(yīng)力的有效釋放，這兩個過程的循環(huán)便是所謂的“周期調(diào)制”。本發(fā)明提出的周期調(diào)制將厚膜材料的外延過程大大簡化。材料的厚膜外延借助于 多周期的處理辦法，轉(zhuǎn)化為了簡單的單周期的薄膜材料的外延問題，即如果在這樣的一個 周期內(nèi)處理好了薄膜材料的外延，那么重復這樣的漸變周期便可實現(xiàn)厚膜材料的外延。本 發(fā)明中的“周期調(diào)制”可歸結(jié)為將漸變的工藝參數(shù)按照周期函數(shù)變化，周期函數(shù)可以是矩形 波周期、鋸齒波周期、正弦波周期、余弦波周期以及初等函數(shù)和分段函數(shù)組合成的其它周期 關(guān)系(見圖2)。周期調(diào)制在平衡材料質(zhì)量和應(yīng)力的同時，將材料的厚膜外延問題轉(zhuǎn)化為了 薄膜外延問題。進一步，如圖1所示，由于在一定的生長窗口內(nèi)，材料的高質(zhì)量生長狀態(tài)和應(yīng)力釋 放生長狀態(tài)取決于相反趨勢的生長條件，即外延材料質(zhì)量提高的程度和其應(yīng)力釋放的程度 取決于高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋放生長條件之間的差距，將這兩者之間的差距定義為“質(zhì) 量調(diào)制幅度”。質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)使得對生長結(jié)果的調(diào)整簡潔有效如果外延材料出現(xiàn)開 裂，很明顯是因為外延材料中的應(yīng)力釋放不足，下一步需要增大兩種生長條件差異的幅度； 如果外延的材料位錯過多，下一步的調(diào)整便是減小兩種生長條件差異的幅度。質(zhì)量調(diào)制幅 度是建立在具體工藝參數(shù)之上更高層次的控制參數(shù)，可以靈活便捷地控制外延單晶材料的 質(zhì)量。下面是將本發(fā)明具體應(yīng)用到異質(zhì)外延GaN單晶厚膜材料中，其中外延方法采用了 HVPE方法，襯底采用的是藍寶石。漸變調(diào)制和周期調(diào)制應(yīng)用的生長窗口為溫度990°C 1080°C，壓強250torr 500torr，五三比20 90，載氣為氫氣和氮氣的混合氣體。生長步 驟如下1、生長前藍寶石襯底的預處理將藍寶石襯底依次放在丙酮、酒精和去離子水中 各超聲十分鐘，然后將襯底用氮氣槍吹干裝入反應(yīng)室。2、在高溫下向反應(yīng)腔中通入氫氣，除去藍寶石襯底表面的吸附物。3、在高溫下通入氨氣，用來氮化藍寶石襯底。4、外延生長第一階段，工藝參數(shù)從高質(zhì)量生長條件到應(yīng)力釋放條件漸變調(diào)制，該 過程主要實現(xiàn)GaN材料中應(yīng)力的有效釋放。其中，高質(zhì)量生長條件溫度T髙質(zhì)量滿足1040°C< T髙質(zhì)量< IOSiTC，壓強P髙質(zhì)量滿足=35Otorr < P髙質(zhì)量 < 500torr，五三比R髙質(zhì)量滿足20 < R髙質(zhì)量< 40 ；應(yīng)力釋放生長條件溫度T應(yīng)力釋放滿足:990°C< T應(yīng)力釋放< 1040°C，壓強P應(yīng)力釋放滿足:250torr < P應(yīng)力釋放< 350torr,五三比R應(yīng)力釋放 薛 40 < R應(yīng)力釋放< 90。
過程中溫度隨時間線性降低，壓強隨時間線性降低，五三比隨時間線性升高，即漸 變過程按線性函數(shù)變化。這個漸變步驟持續(xù)的時間可以從5秒鐘到30分鐘之間。5、外延生長第二階段，工藝參數(shù)從應(yīng)力釋放條件回到高質(zhì)量生長條件漸變調(diào)制， 該過程主要為了提高GaN晶體的質(zhì)量。過程中溫度隨時間線性升高，壓強隨時間線性升高， 五三比隨時間線性降低，即漸變過程按線性函數(shù)變化，這個漸變步驟持續(xù)的時間可以從5 秒鐘到30分鐘之間。6、以周期調(diào)制的方式重復第一階段和第二階段，實現(xiàn)外延材料無裂紋、高質(zhì)量的 單晶厚膜生長。7、GaN單晶厚膜材料達到預定厚度后停止生長。8、將厚膜材料的生長效果作為反饋，調(diào)整質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)，確定下次材料的生 長條件如果之前的外延材料出現(xiàn)開裂，則之后的生長需增大質(zhì)量調(diào)制幅度；反之，如果之 前的外延材料位錯過多，則之后的生長需減小質(zhì)量調(diào)制幅度。其中，質(zhì)量調(diào)制幅度的溫度部
分為為T髙質(zhì)量—Τ應(yīng)力釋放，fli^S^Pi^J P髙質(zhì)量—P應(yīng)力釋放，i二比胃i^J R應(yīng)力釋放髙質(zhì)量。利用本發(fā)明成功地得到了 2英寸300微米厚、表面光滑無裂紋的透明GaN單晶厚 膜材料，并且該發(fā)明結(jié)合自分離技術(shù)已經(jīng)成功得到Imm厚、表面平整光滑的透明GaN單晶體 材料。這證明了本發(fā)明很好地解決了異質(zhì)外延中的兩個主要問題——單晶材料質(zhì)量的可靠 性和單晶材料應(yīng)力釋放的均勻性，并且本發(fā)明引入的質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)為高質(zhì)量單晶材料 的外延提供了簡潔有效的控制手段?？偟膩碚f，本發(fā)明中的漸變調(diào)制，在保證外延材料高質(zhì)量的同時，還可以有效地對 外延材料實施逐步的應(yīng)力釋放；周期調(diào)制，則保證了外延材料的質(zhì)量和應(yīng)力有效釋放兩者 之間的平衡，同時，還將材料厚膜外延問題轉(zhuǎn)化為薄膜外延問題；質(zhì)量調(diào)制幅度的引入為材 料的外延提供了有效的改進反饋參數(shù)，并且實現(xiàn)了比生長參數(shù)本身更高層次的有效控制。本發(fā)明體系化的解決方案在不同的設(shè)備上擁有很好的可重復性，并且所有的處理 工藝都是在材料外延生長設(shè)備中一次完成，所以可以靈活便捷地應(yīng)用到多種材料的異質(zhì)外 延中。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在 不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動，因此所有等同 的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)視權(quán)利要求書范圍限定。
權(quán)利要求
一種高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，包括以下步驟i.對襯底材料進行生長預處理；ii.外延生長第一階段，實現(xiàn)應(yīng)力有效釋放的漸變調(diào)制——工藝參數(shù)從高質(zhì)量生長條件逐漸變化到應(yīng)力釋放生長條件；iii.外延生長第二階段，實現(xiàn)外延材料質(zhì)量提高的漸變調(diào)制——工藝參數(shù)從應(yīng)力釋放生長條件逐漸回到高質(zhì)量生長條件；iv.以周期調(diào)制的方式重復第一階段和第二階段，逐漸生長出厚膜；v.生長的材料達到預定厚度后停止生長；以及vi.將厚膜材料的生長效果作為反饋，調(diào)整質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)，確定下次材料的生長條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述襯 底材料，包括但不限于藍寶石、SiC、LiAlO2和Si等；所述外延材料包括但不限于GaN、AlN、 InN及其三元或四元化合物、SiC、ZnO和金剛石等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述外 延生長的工藝，包括但不限于液相外延方法、MOCVD方法、HVPE方法、MBE方法和基于以上方 法的改進方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述漸 變調(diào)制，是指外延條件如溫度、壓強、反應(yīng)氣體流量或反應(yīng)物濃度等基本工藝參數(shù)及其組 合，在高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋放生長條件之間隨時間逐漸地函數(shù)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述周 期調(diào)制，是指生長第一階段和第二階段的連續(xù)循環(huán)，即工藝參數(shù)隨時間以周期函數(shù)變化，所 述周期函數(shù)包括但不限于矩形波函數(shù)、鋸齒波函數(shù)、正弦波函數(shù)、余弦波函數(shù)以及初等函數(shù) 和分段函數(shù)組成的其他周期關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，對于 具體在藍寶石襯底上HVPE方法外延生長GaN，所述高質(zhì)量生長條件為溫度T^fi滿足 1040°C<T髙質(zhì)量< 1080°C，壓強P髙質(zhì)量滿足=35Otorr < P髙質(zhì)量< 5OOtorr,五三比R髙質(zhì)量滿足 20 <40 ；所述應(yīng)力釋放條件為溫度Tj3d3ff放滿足990°C< &M&< 1040°C，壓強 P應(yīng)力釋放:250torr < P應(yīng)力釋放< 350 ογγ，￡Ε比R應(yīng)力釋40 < R應(yīng)力釋放< 90。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述第 一階段或第二階段漸變調(diào)制持續(xù)的時間從2秒鐘到5小時不等，具體到藍寶石襯底上HVPE 方法外延生長GaN時間為5秒鐘到30分鐘之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述第 一階段和第二階段所構(gòu)成的一個周期內(nèi)，生長的材料厚度為10納米到500微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延方法，其特征在于，所述質(zhì) 量調(diào)制幅度參數(shù)為，在一定的生長窗口內(nèi)，高質(zhì)量生長條件和應(yīng)力釋放生長條件之間的差 距；藍寶石襯底上HVPE方法外延生長GaN的質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)分別為溫度Ts^-T放，壓強P髙質(zhì)量-P應(yīng)力釋放，五三比R應(yīng)力釋放-R髙質(zhì)量；如果外延材料出現(xiàn)開裂，則增大質(zhì)量調(diào)制幅 度；反之，如果外延材料位錯過多，則減小質(zhì)量調(diào)制幅度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延生長方法。該方法包括如下步驟對襯底進行預處理；第一階段，實現(xiàn)應(yīng)力有效釋放的漸變調(diào)制——工藝參數(shù)從高質(zhì)量生長條件漸變到應(yīng)力釋放生長條件；第二階段，實現(xiàn)外延材料質(zhì)量提高的漸變調(diào)制——工藝參數(shù)從應(yīng)力釋放條件漸變到高質(zhì)量生長條件；以周期調(diào)制的方式連續(xù)重復第一階段和第二階段；生長材料達到預定厚度時停止生長；以及將材料的生長效果作為反饋，調(diào)整質(zhì)量調(diào)制幅度參數(shù)，確定下次材料的生長條件。本發(fā)明解決了材料異質(zhì)外延的兩個主要問題，兼顧了材料質(zhì)量的提高和應(yīng)力的有效釋放，并引入了控制參數(shù)質(zhì)量調(diào)制幅度，實現(xiàn)對質(zhì)量和應(yīng)力的有效控制，能夠良好地實現(xiàn)高質(zhì)量單晶厚膜材料的異質(zhì)外延。
文檔編號C30B25/18GK101962803SQ201010526918
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月30日
發(fā)明者于彤軍, 劉鵬, 吳潔君, 孫永健, 康香寧, 張國義, 杜彥浩, 楊志堅, 羅偉科, 賈傳宇 申請人:北京大學