[發(fā)明專利]一種AlN緩沖層的生長(zhǎng)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810106413.2
• 申請(qǐng)日: 2008-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN101580930A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑立雯;楊志堅(jiān);秦志新;方浩;于彤軍;張國(guó)義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/18
• 分類號(hào): C23C16/18;C23C16/455;C23C16/52
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙）
• 代理人: 李稚婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及AlN緩沖層的生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)

III族氮化物材料是重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有帶隙范圍寬(0.9eV-6.2eV)、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)以及耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，這些優(yōu)良的光、電學(xué)性質(zhì)以及優(yōu)良的材料化學(xué)性能使III族氮化物材料在藍(lán)、綠、紫、紫外光及白光發(fā)光二極管(LED)、短波長(zhǎng)激光二極管(LD)、紫外光探測(cè)器和功率電子器件等半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。目前，可見光LEDs的制備和封裝技術(shù)已逐漸趨于成熟，人們把目光轉(zhuǎn)向了短波長(zhǎng)紫外或深紫外發(fā)光和探測(cè)器件的研究和制備。三元合金Al_xGa_1-xN因?yàn)槠鋷犊梢詮?.42eV到6.2eV之間連續(xù)可調(diào)，可以廣泛應(yīng)用在短波長(zhǎng)深紫外(UV)發(fā)光、探測(cè)以及白光照明LEDs中。紫外探測(cè)技術(shù)是繼紅外和激光探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來的又一軍民兩用的光電探測(cè)技術(shù)。太陽(yáng)光盲深紫外探測(cè)器可有效探測(cè)到那些尾焰或羽焰中釋放出大量紫外輻射的飛行目標(biāo)，這就為導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)的探測(cè)提供了一種極其有效的手段。具體可以應(yīng)用在導(dǎo)彈的紫外制導(dǎo)和紫外告警等方面。在民用方面，紫外探測(cè)器可用于火災(zāi)及燃燒過程的監(jiān)視和與生化有關(guān)的檢測(cè)等。發(fā)光波長(zhǎng)在200-365nm之間的近紫外、紫外、深紫外波段的LEDs在高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、水和空氣凈化與殺菌、以及白光照明領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。高質(zhì)量的AlN及高Al組分Al_xGa_1-xN材料是深紫外探測(cè)器以及LEDs中的關(guān)鍵材料。AlN因其帶隙較寬，被廣泛應(yīng)用于襯底層，而AlGaN是重要的有源區(qū)材料。高質(zhì)量的Al_xGa_1-xN材料是實(shí)現(xiàn)深紫外發(fā)光和提高深紫外探測(cè)器探測(cè)性能的關(guān)鍵。

高Al組分的AlGaN材料生長(zhǎng)在GaN模板層上會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象，故AlN薄膜被廣泛用來作為深紫外LED或探測(cè)器的模板層。AlN和高Al組分的Al_xGa_1-xN(0.5≤x＜1)目前已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。和GaN相比，在藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延AlN和Al_xGa_1-xN材料對(duì)生長(zhǎng)條件的要求更為苛刻。因?yàn)锳l原子比Ga原子的粘附系數(shù)大，Al原子表面遷移較低，橫向生長(zhǎng)速率慢，導(dǎo)致準(zhǔn)二維層狀生長(zhǎng)模式很難形成，很難得到光滑的表面。這就要求薄膜的生長(zhǎng)溫度大于1200℃，而對(duì)于采用三區(qū)加熱絲加熱的MOCVD設(shè)備來說，1200℃為極限生長(zhǎng)溫度。而且，鋁源(三甲基鋁(TMAl))和氮源(氨氣(NH₃))之間存在強(qiáng)烈的預(yù)反應(yīng)，預(yù)反應(yīng)形成的固體加成物會(huì)沉積在樣品的生長(zhǎng)表面而不能充分分解，導(dǎo)致外延層中雜質(zhì)摻入，造成外延層的多晶生長(zhǎng)。這些原因?qū)е翧lN延層的表面粗糙并且存在高達(dá)10¹⁰cm^-2的位錯(cuò)密度。

目前，國(guó)際國(guó)內(nèi)通用的生長(zhǎng)方法為在藍(lán)寶石襯底上低溫(溫度600-900℃)生長(zhǎng)20nm左右的AlN作為緩沖層，然后外延生長(zhǎng)AlN或高Al組分Al_xGa_1-xN層。這種方法對(duì)緩沖層的生長(zhǎng)條件要求較為苛刻，而且，低溫AlN緩沖層不同于低溫GaN緩沖層，在升溫的過程中退火行為不明顯，很難使接下來外延層的生長(zhǎng)由三維模式變成二維模式，這樣所得的外延層的表面比較粗糙，并且存在較高的位錯(cuò)密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種AlN緩沖層的生長(zhǎng)方法，將該方法生長(zhǎng)的AlN緩沖層作為基礎(chǔ)來外延生長(zhǎng)AlN或Al_xGa_1-xN材料的外延層，可以有效降低外延層中的位錯(cuò)密度。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種AlN緩沖層的生長(zhǎng)方法，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法，以高純氫氣(H₂)作為載氣，TMAl和NH₃分別作為Al源和N源，控制溫度為1050℃-1200℃，壓力為100-200torr，V/III為400-800的條件下，采用交替通入TMAl和NH₃的脈沖方式在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)50-150個(gè)周期的AlN緩沖層，具體每個(gè)周期依次通入3-10s?TMAl，3-10s載氣，3-10s?NH₃和3-10s載氣。

通常，生長(zhǎng)過程如下：