[发明专利]一种利用H2腐蚀和SiNx掩埋提高AlGaN材料质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料领域，特别涉及一种高晶体质量AlGaN材料的MOCVD生长方法，可用于生长AlGaN基紫外探测器、紫外LED、紫外红外双色探测器等光电子器件等领域。

背景技术

铝镓氮（AlGaN）材料作为第三代新型宽禁带半导体材料的重要代表之一，具有宽的直接带隙（在 3.4~6.2eV连续可调），高的击穿电压、大的电子饱和速度、耐高温、抗辐射等特点，因而AlGaN材料及低维量子结构在制作紫外探测器、紫外发光二极管（UV-LED）以及紫外红外双色探测器件和高频微波功率器件等方面具有传统半导体材料无法比拟的优势，在光电子产业、生物医疗产业、国防工业等领域具有重要的应用前景，是支持未来光电子技术、微电子技术和通信技术等高新技术产业发展的关键性基础材料。

然而，要实现上述应用，高质量AlGaN材料的获得是关键。由于AlGaN体材料衬底的缺失，目前AlGaN薄膜主要是在c面蓝宝石（Sapphire）衬底上异质外延生长的，两者之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配，从而导致AlGaN材料易龟裂，难以获得较厚的AlGaN薄膜。利用类似于氮化镓（GaN）外延的两步法生长技术来生长AlGaN传统的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）生长方法，将镓（Ga）源、铝（Al）源等有机金属源与氮（N）源同时进入生长反应室，由于提供Al的三甲基铝（TMA）源活性非常高，在高温下容易和N源产生晶体生长中所不希望的气相预反应。而且Al原子与生长表面的粘附系数很大，在表面难以迁移，容易导致AlGaN材料的三维岛状生长。以上这些因素都将导致传统MOCVD方法所生长的AlGaN薄膜存在高密度的位错等缺陷和较大的内部张应力。随着AlGaN中掺杂浓度的增加，AlGaN材料的缺陷密度、张应力及所引起的外延层龟裂、和表面粗化等问题均愈加严重，导致生长高晶体质量AlGaN材料的难度增大。对于高Al组份AlGaN材料的生长，这些问题尤为明显。高密度的位错会导致UV-LED 发光性能变差，紫外探测器的稳定性变差，从而制约了AlGaN基光电子器件的应用与发展。目前，有关如何生长高质量的AlGaN材料及其器件结构正成为国际上宽禁带半导体材料领域的研究热点之一。美国、日本、欧洲和我国多个研究小组正在从事该领域的研究，并取得了一些进展。但高质量的AlGaN 薄膜制备依然存在许多有待解决的问题，所报道的AlGaN 薄膜晶体质量离高品质的器件应用还存在一定的差距。要提高AlGaN材料的晶体质量，需要克服Al原子在生长表面迁移率较低、异质外延晶格失配度较大、位错穿透等基本问题，需要从生长方法等方面进行改进。