[發明專利]ECR-PEMOCVD系統對InN/AlN/自支撐金剛石膜結構的制備方法

有效

• 申請號: 201310299024.7
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103388131A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 苗麗華;隋麗麗;趙宇丹;申笑顏;匡寶平;劉洪;葛欣;巴林;白英
• 申請（專利權）人: 沈陽醫學院
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/517
• 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系統對InN/AlN/自支撐金剛石膜結構的制備方法。

背景技術

在過去的十幾年里，關于InN半導體材料的研究引起了人們極大的興趣。InN是一種重要的直接帶隙Ⅲ族氮化物半導體材料，與同族的GaN、AlN相比，InN具有最小的有效質量和最高的載流子遷移率、飽和漂移速率，其低場遷移率可達3200?cm2/V·s，峰值漂移速率可達4.3×107cm/s，這些特性使InN在高頻厘米和毫米波器件應用中具有獨特的優勢。制備高質量的InN外延薄膜是InN半導體材料研究與應用的前提，但InN薄膜的制備有兩大困難，一方面是InN的分解溫度較低，約為600℃左右，而作為N源的NH3的分解溫度則要求很高，一般在1000℃左右，因此如何控制InN的生長溫度就產生了矛盾，一般傳統的MOCVD技術要求溫度在800℃以上，限制了InN的生長溫度。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供一種可低溫制備電學性能良好的InN光電薄膜的ECR-PEMOCVD系統對InN/AlN/自支撐金剛石膜結構的制備方法。

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）將自支撐金剛石膜基片依次用丙酮、乙醇、去離子水依次超聲波清洗后，用氮氣吹干送入反應室。

2）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，可采用中國專利號為01101424.5，名稱為《電子回旋共振微波等離子體增強金屬有機化學汽相沉積外延系統與技術》中公開的設備）系統，將反應室抽真空，加熱基片，向反應室內通入氫氣攜帶的三甲基鋁、氮氣，控制氣體總壓強，電子回旋共振反應得到在自支撐金剛石膜基片的AlN緩沖層薄膜，AlN緩沖層薄厚度為20～80nm。

3）繼續采用ECR-PEMOCVD系統，將反應室抽真空，將基片加熱至20℃～500℃，向反應室內通入氫氣攜帶的三甲基銦、氮氣，三甲基銦與氮氣流量比為（2～3）：（100～200），控制氣體總壓強，電子回旋共振反應30min～3h，得到在AlN/自支撐金剛石膜結構上的InN光電薄膜。

作為一種優選方案，本發明所述自支撐金剛石膜基片是在熱絲CVD系統中甲烷和氫氣的反應源條件下制備的，自由站立金剛石厚度為1mm。

作為另一種優選方案，本發明所述三甲基鋁、三甲基銦的純度和氮氣的純度均為99.99%。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟1）超聲波清洗時間為5分鐘。

步驟2）反應室抽真空至9.0×10^-4?Pa，基片加熱至600℃，由質量流量計控制三甲基鋁與氮氣流量分別為1.5sccm（毫升每分）與120sccm，控制氣體總壓強為1.0Pa，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）反應室抽真空至8.0×10^-4?Pa，由質量流量計控制三甲基銦與氮氣的流量，控制氣體總壓強為1.0Pa，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2）AlN緩沖層薄膜厚度為80nm。

步驟3）將基片加熱至500℃，三甲基銦與氮氣流量分別為2sccm與100sccm，電子回旋共振反應180min。

作為另一種優選方案，本發明所述步驟2）AlN緩沖層薄膜厚度為20nm。

步驟3）將基片加熱至400℃，三甲基銦與氮氣流量分別為3sccm與100sccm，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2）AlN緩沖層薄膜厚度為50nm。

步驟3）將基片加熱至300℃，三甲基銦與氮氣流量分別為3sccm與200sccm，電子回旋共振反應50min。

其次，本發明所述步驟2）AlN緩沖層薄膜厚度為60nm。

步驟3）將基片加熱至20℃，三甲基銦與氮氣流量分別為3sccm與150sccm，電子回旋共振反應60min。

另外，本發明所述步驟2）AlN緩沖層薄膜厚度為70nm；