[發(fā)明專(zhuān)利]一種發(fā)光碳化硅薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810071049.0
• 申請(qǐng)日: 2008-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101275075A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮祖德;姚榮遷;張冰潔;余煜璽;林宏毅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C09K11/65
• 分類(lèi)號(hào): C09K11/65
• 代理公司: 廈門(mén)南強(qiáng)之路專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅(SiC)薄膜，尤其是涉及一種用于光電子器件領(lǐng)域的含鋁發(fā)光碳化硅薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

SiC作為一種極具發(fā)展?jié)摿蛷V泛應(yīng)用前景的重要的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，由于其具有寬帶隙、高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性、小介電常數(shù)和較高電子遷移率，以及抗輻射能力強(qiáng)、結(jié)實(shí)耐磨損等特性而成為制作高頻、大功率、耐高溫和抗輻射極端條件下器件的理想材料。SiC薄膜被認(rèn)為是一種很優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)材料和耐火材料，除用作耐磨鍍層外，還可用作薄膜熱敏電阻器、光電子學(xué)和高溫半導(dǎo)體器件，以及聚變堆的第一壁材料。因高溫、高頻、大功率以及抗輻射等方面的應(yīng)用潛力而得到雷達(dá)、航空、航天等領(lǐng)域和光電子、微電子行業(yè)的重視。

但是SiC薄膜遲遲不能在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用，其主要原因是一方面薄膜生長(zhǎng)設(shè)備落后、工藝不成熟、SiC薄膜材料的制備困難等，薄膜質(zhì)量始終達(dá)不到器件要求，目前還沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。同時(shí)在器件制作上與現(xiàn)在已經(jīng)成熟的硅器件制作工藝不兼容。利用SiC薄膜的寬禁帶特征，即可產(chǎn)生波長(zhǎng)短，頻率高的光子，且其在低溫下可以發(fā)射藍(lán)光的性質(zhì)，已有研究者成功制作了藍(lán)光發(fā)光二極管(LED)。但是，此發(fā)光元件制作復(fù)雜，需借助基片，在SiC薄膜與襯底基片之間由于熱膨脹系數(shù)與晶格不匹配，會(huì)造成SiC薄膜晶格缺陷密度高，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重破壞元件的特性，使其發(fā)光效率降低，且使用壽命縮短。要獲得高質(zhì)量的外延SiC薄膜材料就需要盡量選擇與SiC薄膜晶格匹配的襯底基片，如藍(lán)寶石，或是n型SiC襯底，但此兩種襯底材料昂貴。另一方面，由于SiC薄膜是間接帶隙半導(dǎo)體材料，所制成的LED的發(fā)光效率非常低，碳化硅LED不能像氮化鎵LED和磷化鎵LED那樣有效發(fā)光，要想實(shí)現(xiàn)光電集成，就必須具有能夠高效發(fā)光和接收光信號(hào)的能力，因此需要研究能提高SiC薄膜發(fā)光效率的方法。

目前已有許多方法，包括離子注入法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相輸運(yùn)(PVT)、液相外延生長(zhǎng)(LPE)、分子束外延法(MBE)、離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)、磁控反應(yīng)濺射(RMS)和激光脈沖沉積(PLD)等被用來(lái)制備SiC薄膜。CVD生長(zhǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于容易獲得均勻平整的表面以及對(duì)外延層中的摻雜濃度可以控制，用CVD法制備的SiC膜的晶體結(jié)構(gòu)和硬度與基材的溫度密切相關(guān)，為了得到高質(zhì)量的單晶膜，基體反應(yīng)溫度應(yīng)保持在1000～1500℃。但CVD法的最大缺陷是成本高、價(jià)格貴，所得薄膜匹配性差、厚度粗、難以編織。而且需要利用刻蝕技術(shù)去除基片，才能得到應(yīng)用于光電子器件領(lǐng)域質(zhì)量較好的SiC薄膜。

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所陳諾夫等(中國(guó)專(zhuān)利CN?1594648A)發(fā)明了一種采用磁控濺射方法制備SiC薄膜的工藝，包括如下步驟：(1)選擇硅(Si)單晶為襯底材料，選擇SiC為靶材；(2)將Si單晶襯底材料送入磁控濺射儀；(3)加溫，生長(zhǎng)SiC薄膜；(4)退火；(5)完成制備SiC薄膜工藝。但該方法在控制生長(zhǎng)溫度、工作氣體的成分、壓力等參數(shù)方面具有很大困難，同樣成本也較高，價(jià)格貴。

威凱科技股份有限公司賴(lài)穆人等(中國(guó)專(zhuān)利CN?1501518A)發(fā)明了一種以3C-SiC做為一基板，并且利用磷化硼為此基板與磊晶層之間的緩沖層，其主要包括有：一SiC基板，一磷化硼緩沖層覆蓋于SiC基板的上表面，第一型氮化鎵束縛層覆蓋于磷化硼緩沖層表面，活性層覆蓋于第一型氮化鎵束縛層表面及第二型氮化鎵束縛層覆蓋于活性層表面。具有減少制程復(fù)雜度、減少晶格不匹配及避免產(chǎn)生缺陷的功效。但此方法同樣借助基板，無(wú)法根除晶格不匹配的難題。