[发明专利]基于a面6H-SiC衬底上a面GaN缓冲层上InN半导体器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料的生长方法，特别是一种基于PECVD淀积的SiN_x插入层的m面GaN作为缓冲层，在其上生长的InN半导体材料的金属有机化合物化学气相淀积MOVCD生长方法，可用于制作InN基的半导体器件。

技术背景

由Ⅲ族元素和Ⅴ族元素所组成的半导体材料，即Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，如GaN、GaAs等半导体材料，它们的禁带宽度往往差异较大，因此人们通常利用这些Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料形成各种异质结构，用以做各种电子器件。而和GaN相比InN基电子器件速度更快，其室温下理论的最大电子迁移率为4400cm²V^-1S^-1,远大于GaN的1000cm²V^-1S^-1。同时InN与GaN的合金可以将GaN基LED的发光范围从紫外区一直延伸到红外区。然而InN单晶很难获得，只有通过异质外延生长方法获得。而外延生长又难以回避和衬底的晶格匹配和热匹配的问题。所以，生长高质量InN材料是制作上述光电器件的关键。

为了提高结晶质量降低表明粗糙度，许多研究者采用了不同的生长方法。2004年，Singha P在蓝宝石衬底通过GaN成核层生长了InN基材料。参见Structural and optical characterization of InN layers grown by MOCVD,Superlattice and Microstructures V 81 p537 2004。但是，这种方法由于只是在成核层上生长了InN，从而导致材料结晶质量较差，表面粗糙度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于a面6H-SiC衬底的a面GaN缓冲层上InN的MOCVD生长方法，以提高InN结晶质量和表面形貌。

本发明一方面涉及一种基于a面6H-SiC衬底上a面GaN缓冲层上InN半导体器件的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将a面6H-SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积（MOCVD）反应室中，并向反应室通入氢气与氨气的混合气体，对衬底进行热处理，反应室的起始真空度小于2×10^-2Torr，衬底加热温度为900-1200℃，时间为5-10min，通入混合气之后反应室压力为20-760Torr；

（2）在温度为600-800℃的条件下，在热处理后的a面6H-SiC衬底上生长厚度为100-200nm的无应力AlInN成核层；

（3）通入镓源和氨气，在所述无应力AlInN成核层之上生长厚度为1000-2000nma面GaN缓冲层；

（4）将生长完缓冲层的a面GaN材料放入等离子体增强化学气相淀积（PECVD）反应室，并向反应室中通入氨气和硅烷，在200-250℃以及压力为600-800mTorr下反应生成一层SiN_x作为材料的插入层，反应时间为3-9s；

（5）再回到金属有机物化学气相淀积（MOCVD）反应室中，通入镓源和氨气，在所述SiN_x插入层之上生长厚度为2000-4000nma面GaN缓冲层。

（6）通入铟源和氨气，在缓冲层上生长厚度为15-30nmInN基材料，铟源流量为80-160μmol/min，氨气流量为1000-5000sccm。

用上述方法获得的InN薄膜，自下而上依次包括温度为600-800℃的无应力AlInN成核层，镓源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm的高V-Ш比a面GaN缓冲层，温度为200-250℃的SiN_x插入层，镓源流量为50-200μmol/min，氨气流量为1000-3000sccm的低V-Ш比a面GaN缓冲层和铟源流量为80-160μmol/min，氨气流量为1000-5000sccm的InN基材料。其特征在于：所述的SiC衬底层上设有无应力的AlInN成核层；所述的GaN缓冲层上设有无应力的SiN_x插入层。

在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤（3）中的镓源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm。

在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤（5）中的镓源流量为50-200μmol/min，氨气流量为1000-3000sccm。

在本发明的一个优选实施方式中，其中步骤（2）所述的工艺条件如下：