[發明專利]一種生長AlInN單晶外延膜的方法

無效

• 申請號: 200810225783.8
• 申請日: 2008-11-12
• 公開（公告）號: CN101736398A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 盧國軍;朱建軍;趙德剛;劉宗順;張書明;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B29/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種生長高質量AlInN單晶外延膜的方法。

背景技術

AlN的帶隙寬度為6.2eV，InN的為0.7eV，所以AlInN的帶隙寬度具有很大的可調范圍。如果作為氮化物半導體光電子器件的有源層，其發光波長可以覆蓋從紅外到紫外的范圍；此外，AlInN的晶格常數同樣也有很大的可調范圍，使它能夠與其他的外延層有很好的晶格匹配，如AlInN/GaN、AlInN/InGaN和AlInN/AlGaN，尤其可以制作與GaN晶格匹配的異質結構，這樣可以減少由于晶格失配帶來的缺陷或者裂紋。

近來，AlInN/GaN和AlInN/AlGaN異質結構已經成功應用到布拉格反射鏡(DBRs)上。在九十年代中期以前，很少人研究AlInN的生長，人們主要嘗試用磁控濺射來生長AlInN外延膜，但得到的為多晶的AlInN。九十年代中期以后，對AlInN的研究有了較大的發展，這些研究主要是采用MOCVD外延方法研究AlInN在不同襯底上的生長，所制備的AlInN外延膜結晶質量得到顯著提高。

目前采用MOCVD生長AlInN合金主要采用藍寶石襯底，生長方法主要有(1)直接在藍寶石襯底上生長；(2)兩步法：在藍寶石襯底上先生長低溫AlN緩沖層，然后再生長AlInN；(3)兩步法生長出高質量的GaN外延層，然后再生長AlInN；(4)在襯底上先生長高溫AlN緩沖層，然后再生長AlInN。目前生長的AlInN晶體質量最好的是采用第三種方法，其中與GaN晶格匹配的AlInN晶體質量最好。

本發明以前采用MOCVD方法外延AlInN以氮氣作為載氣，以二步法的GaN外延層作為襯底，已經在很大程度上提高了AlInN的晶體質量。但是由于AlN材料的生長要求的溫度比較高，同時V/III比不能大，低氨氣流量，而InN材料生長則正好相反，要求生長溫度低，V/III比大，高氨氣流量，所以AlN和InN材料的生長對生長條件的要求正好是III族氮化物材料的兩個極端，導致AlInN的生長窗口比較窄；另外，由于AlN和InN的晶格參數、鍵長及其熱穩定性差別等比較大，與InGaN相比，AlInN更容易發生相分離，導致組分的不均勻。

此外，在較低的生長溫度下，表面吸附原子的遷移能力比較低，尤其是吸附的Al原子，生長高質量的AlInN單晶外延膜比較困難。由于這些問題的存在，使得AlInN單晶外延膜的結晶質量還不是很高，影響其進一步的應用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種生長AlInN單晶外延膜的方法，以提高AlInN的結晶質量，并改善其表面形貌，提高其表面的平整度。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種生長AlInN單晶外延膜的方法，包括如下步驟：

選擇一襯底；

將襯底放入金屬有機物化學氣相沉積系統內，升溫至生長溫度，同時通入三甲基銦TMIn、三甲基鋁TMAl、氨氣NH₃，氮氣N₂和適量氫氣H₂，生長出AlInN單晶外延膜。

上述方案中，所述襯底為藍寶石、GaN、AlN、Si、SiC和GaAs中任一種或至少兩種構成的復合襯底。

上述方案中，所述AlInN外延膜的生長溫度為720至860℃，壓力為20至160Torr。

上述方案中，在氣相中所述三甲基銦TMIn與三甲基鋁TMAl的摩爾流量比為1至8。

上述方案中，所述適量氫氣H₂和氮氣N₂作為載氣，二者的摩爾比為0至0.6。

上述方案中，所述通入三甲基銦TMIn的速率為5～50μmol/min，通入三甲基鋁TMAl的速率為5～10μmol/min，通入氨氣NH₃的速率為3.5～7slm。

上述方案中，該方法在生長出AlInN單晶外延膜后進一步包括：以氮氣和適量氫氣作為保護氣體退火至300℃。

(三)有益效果

本發明提供的這種生長AlInN單晶外延膜的方法，是在生長AlInN時以氮氣和適量氫氣作為載氣，由于氫氣可以影響到表面In原子的反應壽命，使得In的反應壽命變短，從而可以有效抑制AlInN中富In區的出現，減小AlInN中的相分離。同時由于氫氣能一定程度上減小AlInN中的C、H、O等雜質的濃度和增強表面吸附的Al和In原子的橫向遷移能力，因此可以提高AlInN的結晶質量，并改善其表面形貌，提高其表面的平整度。

附圖說明