[發(fā)明專利]基于氮化鎵核探測器結構的雙面氮化鎵薄膜外延生長方法

在審

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• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105755535A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 李亮;羅偉科
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B29/38;H01L33/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種基于氮化鎵核探測器結構的雙面氮化鎵薄膜外延生長方法，屬于半導體技術領域。

背景技術

作為第三代半導體材料代表的氮化鎵及其多元合金材料，因其光學和電學性能獨特、優(yōu)異而備受學術界和工業(yè)界的關注和青睞，目前，氮化鎵基材料已廣泛應用于光電子(如發(fā)光二極管LED和激光二極管LD)和微電子(高電子遷移率晶體管HEMT)領域，是當今半導體界的研究熱點。在探測器領域，氮化鎵基材料逐漸成為紫外探測器、特別是太陽光盲紫外探測器的研究熱點。近年來，氮化鎵材料開始應用在核輻射探測領域。氮化鎵具有寬帶隙、強共價鍵結合、高熔點、高擊穿電場、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)良性能，它是良好的室溫核輻射探測器半導體材料，尤其是在強輻射場的探測方面頗具優(yōu)勢。多年來，在室溫半導體核探測器領域，多采用CdZnTe(CZT)化合物半導體材料。它的平均原子序數(shù)高，吸收系數(shù)大，探測效率高；禁帶寬度較大，可在室溫下工作。但是，CZT材料生長工藝復雜，價格昂貴。相比CZT材料，氮化鎵材料具有更寬的帶隙、更強的機械性能、更佳的化學穩(wěn)定性、更成熟的材料生長和器件制備技術等優(yōu)勢，因此，氮化鎵核探測器必將發(fā)展成為環(huán)境監(jiān)測、核醫(yī)學、工業(yè)無損檢測、安全檢查、核武器突防、航空航天、天體物理和高能物理等領域的新一代廉價室溫半導體核輻射探測器。

本發(fā)明針對于氮化鎵核探測器所需的雙面結構，開發(fā)了基于半絕緣氮化鎵襯底的雙面外延生長方法，該方法簡單易行，生長周期短，是實現(xiàn)氮化鎵核探測器結構高質(zhì)量、低成本外延生長的有效解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出的是一種基于氮化鎵核探測器結構的雙面氮化鎵薄膜外延生長方法，其目的是針對氮化鎵核探測器結構，進行基于半絕緣氮化鎵襯底的雙面外延生長，為氮化鎵核探測器的制備提供材料基礎。

本發(fā)明的技術解決方案：一種基于氮化鎵核探測器結構的雙面氮化鎵薄膜外延生長方法，具體包括如下步驟：

（1）將氮化鎵襯底放入金屬有機物化學氣相沉積系統(tǒng)中（鎵面朝上），通入氫氣作為載氣，同時通入氨氣進行保護，其流量為2000～3000sccm，在高溫1000～1050℃、反應腔壓強100～200torr下加熱烘烤0.5～1min，清潔襯底表面；

（2）降低溫度至900～950℃，反應腔壓強100～200torr，繼續(xù)通入氨氣，其流量為2000～3000sccm，同時通入三甲基鎵和硅烷，外延生長n型鎵面氮化鎵薄膜，三甲基鎵流量為20～30sccm，硅烷流量為1～1.5sccm；

（3）待n型鎵面氮化鎵薄膜生長結束后，反應腔降溫過程中，停止通入三甲基鎵和硅烷，繼續(xù)通入氨氣進行保護；

（4）反應腔溫度降至常溫后，將氮化鎵襯底翻轉后再次放入反應腔中（氮面朝上），氫氣作為載氣，同時通入氨氣進行保護，其流量為2000～3000sccm，在高溫1000～1050℃、反應腔壓強100～200torr下加熱烘烤0.5～1min，清潔襯底表面；

（5）降低溫度至900～950℃，反應腔壓強100～200torr，繼續(xù)通入氨氣，其流量為2000～3000sccm，同時通入三甲基鎵和硅烷，外延生長n型氮面氮化鎵薄膜，三甲基鎵流量為20～30sccm，硅烷流量為1～1.5sccm。

本發(fā)明方法簡單易行，生長周期短，是實現(xiàn)氮化鎵核探測器結構高質(zhì)量、低成本外延生長的有效解決方案。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的一個實施例的工藝流程。

具體實施方式

下面參照本發(fā)明的附圖1，詳細的描述本發(fā)明的實施例。

實施例1：

基于氮化鎵核探測器結構的雙面氮化鎵薄膜外延生長方法，包括如下步驟：

（1）用金屬有機物化學氣相沉積設備，襯底采用半絕緣氮化鎵襯底10，將襯底放入金屬有機物化學氣相沉積系統(tǒng)中（鎵面朝上），通入氫氣作為載氣，同時通入氨氣進行保護，其流量為2000sccm，并在高溫1050℃、反應腔壓強100torr下加熱烘烤1min，清潔襯底表面；

（2）降低溫度至950℃，反應腔壓強200torr，繼續(xù)通入氨氣，其流量為3000sccm，同時通入三甲基鎵和硅烷，外延生長n型鎵面氮化鎵薄膜20，三甲基鎵流量為20sccm，硅烷流量為1.5sccm。n型鎵面氮化鎵薄膜厚度為100nm；

（3）待n型鎵面氮化鎵薄膜生長結束后，反應腔降溫過程中，停止通入三甲基鎵和硅烷，繼續(xù)通入氨氣進行保護；