[發(fā)明專利]一種生長(zhǎng)高質(zhì)量具有雙緩沖層的單晶氮化銦薄膜的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810072029.5
• 申請(qǐng)日: 2008-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101388337A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雙翔;蔡建九;張銀橋;王向武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門(mén)乾照光電有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/20
• 分類號(hào): H01L21/20;H01L21/205
• 代理公司: 廈門(mén)市新華專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 李 寧

技術(shù)背景

本發(fā)明涉及氮化銦InN的MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)技術(shù)生長(zhǎng) 方法，特別涉及了生長(zhǎng)高質(zhì)量具有雙緩沖層的單晶InN薄膜的方法。

背景技術(shù)

作為第三代半導(dǎo)體材料的III-V族氮化物：氮化鎵GaN，氮化銦InN， 氮化鋁AlN及其合金材料都是直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有禁帶分布范圍 大，覆蓋了從紅光到紫外的波段，可用于制作發(fā)光二極管，激光器，探測(cè) 器和太陽(yáng)能電池等，在全色顯示白光照明，高密度存儲(chǔ)，紫外探測(cè)等方 面有廣泛的應(yīng)用。另一方面，由于GaN基材料的禁帶寬度大，擊穿電壓高， 電子飽和速度大，熱穩(wěn)定性好，抗腐蝕性強(qiáng)，介電常數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛 用于制作高電子遷移率晶體管，雙極晶體管，長(zhǎng)效應(yīng)晶體管等微電子 器件，適合在高溫，大功率以及惡劣環(huán)境下工作。

近期的一些研究結(jié)果表明纖鋅礦結(jié)構(gòu)的InN室溫禁帶寬度為約 0.7eV(電子伏特)，而不是以前一直被廣泛引用的1.89eV，因此產(chǎn)生了 對(duì)于InN禁帶寬度的不確定性的爭(zhēng)論。根據(jù)InN的這個(gè)新的禁帶寬度，III 族氮化物基的光電子器件的發(fā)光波段范圍將從紫外拓展到近紅外。基于 這個(gè)優(yōu)勢(shì)，III族氮化物體系的一個(gè)重要潛在應(yīng)用就是制備完全基于氮 化物的高光電轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池。其中，對(duì)于InGaN(銦鎵氮)三元合 金，通過(guò)改變In與Ga的比例便可獲得由0.7eV到3.4eV這區(qū)域中各種不同 能帶寬度，這個(gè)能量范圍幾乎覆蓋整個(gè)太陽(yáng)光譜(0.4-4eV)。這不僅 會(huì)降低材料制備的成本，并且使得結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備更加靈活，最重要 的是有望獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率(>70％)。同時(shí)，InN自身發(fā)光接近 1.55微米的通信波段，也為制作高速通信用LD(激光二極管)和LED(發(fā)光 二極管)提供了可能性。

另外，理論預(yù)測(cè)還表明InN相比于其它的III族氮化物有著最小的有 效質(zhì)量，具有最高的載流子遷移率，在室溫(300K)和低溫(77K)下， GaN的電子遷移率最高分別為1000cm²/vs和6000cm²/vs，而InN的電子遷 移率最高則分別可以達(dá)到4400cm²/vs和30000cm²/vs。InN在室溫下有比 較高的電子峰值漂移速率，電子飽和速度也大大高于GaAs和GaN，而且 它的電子漂移速度受溫度和摻雜濃度變化的影響較小，所以它在高速微 電子器件方面有著很廣闊的應(yīng)用前景。

目前，世界上比較流行的Si上生長(zhǎng)InN單晶薄膜的方法是直接在 Si上沉積InN；或者是生長(zhǎng)一層低溫InN緩沖層，然后生長(zhǎng)InN；也有 生長(zhǎng)一層AlN緩沖層，再生長(zhǎng)InN。前兩種方法因?yàn)樯L(zhǎng)條件比較難把 握，得到的晶體質(zhì)量不高。第三種的方法生長(zhǎng)出來(lái)的InN會(huì)伴隨產(chǎn)生許 多金屬I(mǎi)n滴的產(chǎn)生。因?yàn)镮nN的生長(zhǎng)溫度偏低(原因是InN的飽和蒸 汽壓偏高)，而在較低的溫度范圍內(nèi)，氨氣的裂解效率很低，造成合成 InN的五族源不充分，部分In就形成金屬I(mǎi)n出現(xiàn)在樣品表面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種生長(zhǎng)高質(zhì)量具有雙緩沖層的單晶InN薄 膜的方法，以提高InN單晶外延的晶體質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種生長(zhǎng)高質(zhì)量具有雙緩沖層的單晶InN薄膜的方法，在硅(Si) 襯底上利用MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)技術(shù)先生長(zhǎng)AlN緩沖層，在 AlN緩沖層上繼續(xù)生長(zhǎng)AlInN緩沖層，最后生長(zhǎng)InN單晶外延。

所述AlN緩沖層的生長(zhǎng)溫度范圍為1050℃-1110℃。

所述AlN緩沖層的生長(zhǎng)厚度范圍為10nm-200nm(納米)。

所述AlN緩沖層的生長(zhǎng)V/III比(就是反應(yīng)所需要的五族源的摩爾量 和三族源的摩爾量之比)為4000-6000。

所述AlN緩沖層的生長(zhǎng)壓力為20Torr-100Torr(托)。

所述AlN緩沖層生長(zhǎng)時(shí)，先通入金屬有機(jī)源鋁Al(例如TMAl)，通 入金屬有機(jī)源的時(shí)間為5秒-300秒，然后才通入氨氣。

所述InN單晶外延的生長(zhǎng)溫度范圍為400℃-600℃。

所述InN單晶外延的生長(zhǎng)壓力范圍為20Torr-700Torr。

所述InN單晶外延的生長(zhǎng)V/III比為3000-20000。