[發明專利]ECR-PEMOCVD在GaN緩沖層/金剛石薄膜/Si多層膜結構基片上低溫沉積InN薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310299023.2
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103361629A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王存旭;孫笑雨;張宏麗;王曉文;許鑒;李乃忠;張玉艷;王剛;杜士鵬;王勝輝
• 申請（專利權）人: 沈陽工程學院
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/511;C23C16/27
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 史旭泰

技術領域

本發明屬于新型光電材料沉積制備技術領域，尤其涉及一種ECR-PEMOCVD在GaN緩沖層/金剛石薄膜/Si多層膜結構基片上低溫沉積InN薄膜的制備方法。

背景技術

氮化銦（InN）是Ⅲ族氮化物中的重要成員，與GaN和AlN相比，InN的遷移率和尖峰速率等都是最高的，在高速高頻晶體管等電子器件的應用上有獨特優勢；其室溫帶隙位于近紅外區，也適于制備高效率太陽能電池、半導體發光二極管及光通信器件等光電器件。但由于InN分解溫度低，要求低的生長溫度，而氮源分解溫度高，所以一般InN薄膜都生長在藍寶石等一些基片上。眾所周知，藍寶石基片的價格較高，用它作為InN材料的襯底，使InN材料基的器件的成本很難降下來，嚴重阻礙了InN材料器件的發展。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供一種可制備電學性能良好的InN光電薄膜且成本低的ECR-PEMOCVD在GaN緩沖層/金剛石薄膜/Si多層膜結構基片上低溫沉積InN薄膜的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明包括以下步驟。

1）將Si基片依次用丙酮、乙醇以及去離子水超聲波清洗后，用氮氣吹干送入反應室。

2）用熱絲CVD系統，將反應室抽真空，將Si基片加熱，向反應室內通入氫氣和甲烷氣體，在Si襯底基片上得到金剛石薄膜。

3）采用ECR-PEMOCVD（電子回旋共振-等離子體增強金屬有機物化學氣相沉積）系統，將反應室抽真空，將基片加熱至200～600℃，向反應室內通入氫氣攜帶的三甲基鎵、氮氣；控制氣體總壓強，電子回旋共振反應,?得到在鍍金剛石薄膜的Si基片上的GaN緩沖層薄膜。

4）繼續采用ECR-PEMOCVD系統，將反應室抽真空，將基片加熱至300～700℃，向反應室內通入氫氣攜帶的三甲基銦、氮氣，其二者流量比為（4～5）：（100～180）；控制氣體總壓強為1.5～1.8Pa；電子回旋共振反應30min～3h,?得到在GaN緩沖層/金剛石薄膜/Si結構基片上的InN光電薄膜。

作為一種優選方案，本發明所述三甲基銦的純度、三甲基鎵的純度和氮氣的純度均為99.99%。

作為另一種優選方案，本發明所述金剛石薄膜的厚度為300nm。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟1）超聲波清洗5分鐘；步驟2）抽真空至1.0×10^-2?Pa；基片加熱至800℃；氫氣和甲烷氣體流量分別為200sccm和4sccm，由質量流量計控制；熱絲電壓為10V，熱絲電流為50A，反應30min。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟3）抽真空至8.0×10^-4?Pa；三甲基鎵和氮氣的流量分別為0.5sccm和100sccm，由質量流量計控制；控制氣體總壓強為1.2Pa；電子回旋共振功率為650W，反應60min；步驟4）反應室抽真空至9.0×10^-4?Pa；三甲基銦、氮氣的流量由質量流量計控制；電子回旋共振功率為650W。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟3）基片加熱至400℃；步驟4）基片加熱至600℃；三甲基銦與氮氣的流量比為4：180；控制氣體總壓強為1.5Pa；電子回旋共振反應3h。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟3）基片加熱至200℃；步驟4）基片加熱至300℃；三甲基銦與氮氣的流量比為4：100；控制氣體總壓強為1.8Pa；電子回旋共振反應30min。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟3）基片加熱至300℃；步驟4）基片加熱至500℃；三甲基銦與氮氣的流量比為5：180；控制氣體總壓強為1.6Pa；電子回旋共振反應60min。

其次，本發明所述步驟3）基片加熱至500℃；步驟4）基片加熱至600℃；三甲基銦與氮氣的流量比為4：120；控制氣體總壓強為1.5Pa；電子回旋共振反應70min。

另外，本發明所述步驟3）基片加熱至600℃；步驟4）基片加熱至700℃；三甲基銦與氮氣的流量比為4：150；控制氣體總壓強為1.8Pa；電子回旋共振反應90min。

本發明有益效果。