专利名称：用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，属于半导体器件制造领域。
背景技术：
作为第三代半导体材料的代表，GaN等III _ V族化合物半导体材料广泛应用于发光二极管、高密度光学存储用的紫光激光器、紫外探测器以及大功率高频电子器件，已经引起了人们的极大兴趣。而GaN大尺寸体单晶生长极为困难，现在的GaN基器件通常都是以蓝宝石、SiC或Si等材料为异质衬底。从晶格匹配和热导特性上来看，蓝宝石衬底还不是理想的异质外延衬底。另外，虽然SiC衬底与GaN之间的晶格失配小于蓝宝石衬底，导热性能也好，但是SiC衬底价格昂贵、加工困难，从而限制了该衬底的广泛应用。Si衬底和以上两种衬底相比，除了晶格失配和热失配较大外，其他方面都比较符合GaN材料生长的要求， 如低成本、大尺寸、高质量和导热好等优点，并且Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统Si基器件工艺兼容，是一种非常有前途的GaN外延衬底材料。
由于GaN和Si之间的晶格失配较大，造成GaN外延层中的位错密度很高，另外GaN 与Si的热膨胀系数差别达到，这会导致GaN在高温生长后降温的过程中产生较大的张应力而出现微裂纹，很难达到满足器件质量要求的GaN外延材料。最近几年，随着许多技术上的突破和观念的转变，Si衬底GaN基材料生长已经逐渐成为人们关注的焦点。例如一开始通过生长薄层AlN或者SiC缓冲层等来解决晶格失配问题，使用SiN、AlN插入层或者AIN/GaN超晶格等来解决热失配问题，获得了高质量的GaN基外延材料，实现了器件的制作。但是上述几种方法均为材料的生长方法，不能直接在硅衬底上生长GaN外延材料，必须先在硅衬底上生长AlN或SiC缓冲层，再能生长GaN外延材料，生长步骤复杂，生长难度较大。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，处理后的硅衬底表面晶格和GaN的晶格失配减小，降低了 GaN外延材料中的位错，可以直接进行GaN材料的生长，简化了生长步骤，提高了生长效率，可以在Si衬底上制备高质量的GaN外延材料。
本发明所采取的技术方案是用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，包括以下步骤(1)将硅衬底清洗干净；(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升至温度T，并保温，700°C彡T<硅的熔点，使硅衬底为固体状态；(3)将烷烃通入CVD设备反应室内，反应后降温至室温。
优选的步骤(2)中的保温时间为1 30分钟。
优选的步骤(3)中反应时间为1 30分钟。
优选的所述的烷烃为气态烷烃。优选的烷烃的流速为100 10000 seem。上述CVD是Chemical Vapor Deposition的简称，即化学气相沉积。所述气态烷烃为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷或新戊烷。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明是材料生长前的衬底处理方法，在高温下通过烷烃对硅衬底表面进行碳化处理，使硅衬底在高温下进行表面再构，形成一薄层SiC，处理后的硅衬底表面晶格和GaN的晶格失配减小，降低了 GaN外延材料中的位错，可以直接进行GaN材料的生长，简化了生长步骤，提高了生长效率，可以在Si衬底上制备高质量的GaN外延材料。
具体实施例方式实施例1
用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，包括以下步骤(1)使用乙醇将硅衬底清洗干净；
(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升温至1100°C，并保温10分钟；
(3)将甲烷通入CVD设备反应室内，反应3分钟后降温至室温，甲烷的流速为9000sCCm。实施例2
用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，包括以下步骤(1)使用丙酮将硅衬底清洗干净；
(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升温至700°C，并保温30分钟；
(3)将乙烷通入CVD设备反应室内，反应30分钟后降温至室温，乙烷的流速为lOOsccm。实施例3
用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，包括以下步骤(1)使用浓硫酸将硅衬底清洗干净；
(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升温至1200°C，并保温1分钟；
(3)将丙烷通入CVD设备反应室内，反应1分钟后降温至室温，丙烷的流速为9500sCCm。
权利要求
1.用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，其特征在于包括以下步骤(1)将硅衬底清洗干净；(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升至温度T，并保温，700°C彡T<硅的熔点，使硅衬底为固体状态；(3)将烷烃通入CVD设备反应室内，反应后降温至室温。
2.如权利要求1所述的用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，其特征在于，步骤(2)中的保温时间为1 30分钟。
3.如权利要求1所述的用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，其特征在于，步骤(3)中反应时间为1 30分钟。
4.如权利要求1所述的用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，其特征在于，所述的烷烃为气态烷烃。
5.如权利要求4所述的用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，其特征在于，烷烃的流速为100 10000 seem。
全文摘要
本发明公开了一种用于制备低位错密度GaN外延材料的硅衬底的处理方法，属于半导体器件制造领域。包括以下步骤(1)将硅衬底清洗干净；(2)将清洗干净的硅衬底放入CVD设备反应室内，升至温度T，并保温，700℃≤T＜硅的熔点，使硅衬底为固体状态；(3)将烷烃通入CVD设备反应室内，反应后降温至室温。本发明在高温下通过烷烃对硅衬底表面进行碳化处理，使硅衬底在高温下进行表面再构，形成一薄层SiC，处理后的硅衬底表面晶格和GaN的晶格失配减小，降低了GaN外延材料中的位错，可以直接进行GaN材料的生长，简化了生长步骤，提高了生长效率，可以在Si衬底上制备高质量的GaN外延材料。
文档编号C30B25/02GK102492935SQ201110414259
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者冯志红, 刘波, 尹甲运, 敦少博, 李佳, 王晶晶 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所