[发明专利]含有非极性m面GaN缓冲层的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 p5372004。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γ面LiAlO₂衬底的非极性m面GaN作为缓冲层生长InN的生长方法，以提高InN的表面形貌和结晶质量。

本发明一方面涉及一种含有非极性m面GaN缓冲层的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γ面LiAlO₂衬底基片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，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800-1000℃，时间为3-5min，通入混合气之后反应室压力为10-700Torr；

（2）在温度为500-600℃的情况下，在热处理后的γ面LiAlO₂衬底基片上生长厚度为30-100nm的低温AlN成核层；

（3）在温度为900-1050℃的情况下，在所述低温AlN成核层上生长厚度为60-200nm高温AlN层；

（4）在温度为900-1050℃的情况下，在所述高温AlN层上生长厚度为1000-5000nm非极性m面GaN缓冲层；

（5）将生长完缓冲层的m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℃，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；

（6）把PECVD淀积过SiN_x的材料置于MOCVD反应室中，在温度为1000-1100℃的情况下，继续生长厚度为2000-5000nm的非极性m面GaN缓冲层。

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

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：

压力：10-700Torr；铝源流量：10-120μmol/min；

氨气流量：1000-10000sccm。

在本发明的一个优选实施方式中，其中步骤（3）所述工艺条件如下：

压力：10-700Torr；铝源流量：10-120μmol/min；

氨气流量：1000-10000sccm。

在本发明的一个优选实施方式中，其中步骤（4）所述的工艺条件如下：

压力：10-700Torr；镓源流量：40-120μmol/min；

氨气流量：1000-10000sccm。

在本发明的一个优选实施方式中，其中步骤（5）所述的工艺条件如下：