在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法
2023-05-14 23:05:11 1
專利名稱：在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法
技術領域：
本發明涉及半導體材料，尤其是涉及一種在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法。
背景技術：
銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y＜＝1)是製備短波長發光器件的優選材料體系。近年來已經用銦鎵鋁氮材料製造出許多新穎的發光器件，如藍色、綠色、白色發光二極體，紫色半導體雷射器等等。同時銦鎵鋁氮材料也是製備許多高性能電子器件的良好材料。現有技術中，在藍寶石襯底和碳化矽襯底上製備銦鎵鋁氮材料的方法已經較為成熟。根據這些公開的技術，已經可以製備出高質量的銦鎵鋁氮材料。但是，碳化矽襯底非常昂貴，用於生長銦鎵鋁氮材料將使成本很高。而藍寶石襯底也比較貴，而且它是絕緣體且加工困難，不能製成具有上下電極的晶片結構，這樣就導致器件製造工藝複雜，成本增加。矽是一種最成熟的半導體材料，它不僅價格便宜，而且容易控制其導電類型和電阻率，其加工工藝也很成熟，如果用於生長銦鎵鋁氮將可以大大節約成本。然而在矽襯底上生長銦鎵鋁氮存在著許多困難，其中開始生長時矽襯底表面被氮化形成氮化矽和生長過程中鎵金屬回熔對獲得高質量的銦鎵鋁氮影響很大。在已經公開的技術中，一般採用在矽襯底上沉積一層金屬鋁層來阻止氮化矽的形成和鎵回熔。但是由於鋁的熔點較低(660℃)，而銦鎵鋁氮材料的生長溫度很高(＞1000℃)，這一鋁過渡層在銦鎵鋁氮材料的生長過程中不穩定，因此將不利於獲得高質量的銦鎵鋁氮材料。
發明內容
本發明的目的在於提供一種通過在矽襯底上形成一層金屬鈦過渡層來有效地阻止氮化矽的形成和防止鎵回熔、從而利於獲得高質量銦鎵鋁氮材料的方法。
本發明的目的是這樣實現的1、在矽襯底表面形成一金屬鈦過渡層；2、在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。
所述鈦過渡層的厚度範圍為2-50，優選為5-20。
所述銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩衝層，且該氮化鋁低溫緩衝層直接生長於鈦過渡層上。
本發明是通過在矽襯底上形成一層金屬鈦過渡層來有效地阻止氮化矽的形成和防止鎵回熔，從而利於獲得高質量銦鎵鋁氮材料。由於鈦為六方密堆結構，與銦鎵鋁氮材料具有較好的匹配，而且其熔點高於1400℃，因此在銦鎵鋁氮生長過程中很穩定，可以有效地阻止氮化矽的形成和防止鎵回熔。該金屬鈦過渡層厚度不能太厚也不能太薄，太薄了不能有效的保護矽表面不被氮化和阻止鎵回熔，太厚了鈦層表面不能維持長程有序，難以得到高的晶體質量。鈦過渡層的厚度範圍為2-50，優選為5-20。鈦層的形成方法可以是氣相沉積、真空蒸發、磁控濺射，以及其它常見的鍍膜方法。該過渡層可以是預先形成然後放入銦鎵鋁氮材料生長室中，也可以在銦鎵鋁氮材料生長室中在線形成。在形成鈦過渡層後，在其上生長銦鎵鋁氮材料，可以採用已經公開的任何公開技術，如化學氣相沉積，分子束外延，滷化物氣相外延等等。為了獲得高的晶體質量，一般還需要採用二步法生長，即先生長一層氮化鋁低溫緩衝層，然後再升高溫度生長外延層和器件製造所需要的微結構。為了進一步阻止鎵的回熔，低溫緩衝層優選為氮化鋁層。
圖1是本發明的剖面結構示意圖。
具體實施例方式實施例1把一個矽(111)襯底1清洗乾淨，放入一金屬有機化學氣相沉積設備的反應室，首先在1100℃用氫氣對襯底1表面進行5分鐘處理，接著在800℃下沉積30的金屬鈦過渡層和200的氮化鋁低溫緩衝層3，然後再升高溫度到1050℃依次生長氮化鎵摻矽層和氮化鎵摻鎂層4，氮化鋁低溫緩衝層3及氮化鎵摻矽層和氮化鎵摻鎂層4構成銦鎵鋁氮疊層。
實施例2把一個矽(111)襯底1清洗乾淨，放入電子束蒸發臺中正蒸鍍10的鈦金屬膜即鈦過渡層2，然後把蒸有鈦過渡層2的襯底1放入一金屬有機化學氣相沉積設備的反應室，首先在1100℃用氫氣對襯底1表面進行5分鐘處理，接著在800℃下生長200的氮化鋁低溫緩衝層3，然後再升高溫度到1030℃依次生長未摻雜氮化鎵層、摻矽氮化鎵層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱層、氮化鎵摻鎂層4，氮化鋁低溫緩衝層3及未摻雜氮化鎵層、摻矽氮化鎵層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱層、氮化鎵摻鎂層4構成銦鎵鋁氮疊層。
權利要求
1.一種在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法，其特徵在於(1)、在矽襯底表面形成一金屬鈦過渡層；(2)、在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。
2.如權利要求1所述的在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法，其特徵在於所述鈦過渡層的厚度範圍為2-50，優選為5-20。
3.如權利要求1-2所述的在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法，其特徵在於所述的銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩衝層，且該氮化鋁低溫緩衝層直接生長於鈦過渡層上。
全文摘要
本發明公開了一種在矽襯底上製備高質量銦鎵鋁氮材料的方法，它首先在矽襯底表面形成一金屬鈦過渡層，然後在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。所述銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩衝層，且該氮化鋁低溫緩衝層直接生長於鈦過渡層上。本發明通過使用金屬鈦作為過渡層，可以防止矽襯底氮化形成不利於銦鎵鋁氮材料生長的氮化矽和金屬鎵的回熔，生長出高質量的銦鎵鋁氮材料。
文檔編號H01L21/02GK1734799SQ200510027808
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年7月13日
發明者王立, 方文卿, 江風益 申請人:南昌大學