[发明专利]在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法

说明书

一种在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法，包括：在图形衬底材料上生长出只在平面区域存在的亚单层石墨烯；将材料进行等离子体处理，形成具有缺陷的亚单层石墨烯；采用金属有机化学气相沉积方法分三段进行外延生长，生长出表面结构平整且位错密度在10⁸/cm²量级的较高质量氮化物薄膜。本发明采用在图形衬底选区生长的亚单层石墨烯作为生长氮化物薄膜的插入层，有效提高了金属原子生长过程中在基底表面的横向迁移速率，能够短时间内覆盖图形部分，形成表面平整且较高晶体质量的氮化物薄膜。

技术领域

本发明属于半导体材料生长技术领域，具体涉及一种在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染等一系列的问题日益突出。发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源，因具有体积小、高光效、低电耗、长寿命、高环保等优势受到高度的重视。而发挥LED照明的优势，提高材料生长的质量具有重大意义，作为第三代半导体材料，氮化物在异质基底上的高质量外延一直人们所关心的。尤其A1N薄膜异质基底上高质量的外延生长，可以使得深紫外LED(DUV-LED)得以实现，并且能够应用于空气和水净化，杀菌和生物医学仪器系统等。

近年来，通过金属有机化学气相沉积(金属有机化学气相沉积)进行的III族氮化物膜的异质外延生长对于发光二极管(LED)等光电子器件的制造成为主流，由于缺乏可以以经济成本获得的大的自然衬底，III族氮化物膜异质外延只能生长在各种异质衬底如硅，碳化硅(SiC)和蓝宝石上。作为主要用于LED制造的蓝宝石基底，由于蓝宝石衬底和三族氮化物外延层的晶格常数、热膨胀系数相差较大，直接外延生长导致晶体质量不高。并且氮化物的金属原子在蓝宝石基底上的生长过程中横向迁移速率慢，这导致生长成膜的外延生长时间较长，进而影响生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法，包括以下步骤：步骤S1：在图形衬底材料上选择区域生长出只在平面区域存在的亚单层石墨烯；步骤S2：将步骤S1得到的材料进行等离子体处理，形成具有缺陷的亚单层石墨烯；步骤S3：在金属有机化学气相沉积设备上，采用金属有机化学气相沉积方法分三段进行外延生长，生长出表面结构平整且位错密度在10⁸/cm²量级的氮化物薄膜。

步骤S3包括以下步骤：步骤S31：在金属有机化学气相沉积设备中，腔室压力50～60torr、温度1100～1200℃下氮化物成核生长；步骤S32：在腔室压力30～40torr、温度1100～1200℃下进行二维生长；步骤S33：在腔室压力50～60torr、温度1100～1200℃下生长出表面结构平整且位错密度在10⁸/cm²量级的氮化物薄膜。

优选地，步骤S1中，所述图形衬底为表面有纳米图形的硅、碳化硅或蓝宝石。

优选地，步骤S1中，所述图形衬底为蓝宝石衬底时，在c-面蓝宝石区域生长亚单层石墨烯。

优选地，步骤S2中，所述等离子体处理方法为：将步骤(1)得到的材料置于等离子处理设备中，在30～100w功率下，暴露在氮气气氛中处理。

优选地，步骤S2中，所述等离子处理设备包括打胶机。

从上述技术方案可以看出，本发明的在图形衬底上生长氮化物薄膜的方法具有以下有益效果：

本发明采用在图形衬底选区生长的亚单层石墨烯作为生长氮化物薄膜的插入层，有效提高了金属原子生长过程中在基底表面的横向迁移速率，短时间内覆盖图形部分，形成表面平整且较高晶体质量的氮化物薄膜。