[发明专利]III族氮化物半导体材料的制备方法

说明书

本发明公开一种III族氮化物半导体材料的制备方法，其包括在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，至少将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，其中，M≥1，M为整数。由此，可以提高制得的第M层III族氮化物材料层的界面处键能较弱原子的浓度，减弱键能较弱原子的分解，使界面处金属原子比例维持不变，进而防止第M层III族氮化物材料层的界面处的组分发生畸变。

技术领域

本发明涉及半导体材料的制备方法，具体涉及一种III族氮化物半导体材料的制备方法。

背景技术

III族氮化物半导体材料一般都具有连续可调的直接带隙，以及耐高温高压、化学稳定性好、电子迁移率高、导热性好、压电系数高和极化效应强等诸多优点，在新一代电子器件中有着广阔的应用前景。

氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy，简称HVPE)技术因制备速率和结晶质量高，成为制备III族氮化物半导体材料的常用技术。此外，金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术因其具有反应物材料纯度高、反应腔体密封性好、不同材料异质界面陡峭和掺杂控制精度高等优点，成为制备III族氮化物半导体材料的首选技术。

但是，在制备III族氮化物材料时，当生长完一层III族氮化物材料层时，由于此时反应腔内仍处于高温条件，导致刚生长完的材料层的表面会发生分解。目前，解决材料层表面在制备过程中发生分解的问题主要采用的方法：在反应腔中通入氨气(NH₃)进行保护，但是，该方法对减轻材料层的表面的分解的作用有限。

发明内容

为了能够有效地解决III族氮化物材料在制备过程中出现的制备完成的材料层的表面发生分解的问题。发明人在长期的研究和实验过程中发现，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段(M≥1，且M为整数)，在保持反应腔内氮源气体氨气和反应载气氢气或反应载气氮气的持续通入的同时，将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的至少与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，以提高界面处键能较弱的原子的浓度，减弱键能较弱的原子的分解，保持界面处金属原子的比例不发生变化，防止界面处的组分发生畸变。基于此，根据本发明的一个方面，提供了一种III族氮化物半导体材料的制备方法。

该III族氮化物半导体材料的制备方法包括在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，至少将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，其中，M≥1，M为整数。

本发明的制备方法通过在生长第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在反应腔中至少通入生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源，从而提高制得的第M层III族氮化物材料层的界面处键能较弱原子的浓度，减弱键能较弱原子的分解，使界面处金属原子比例维持不变，进而防止第M层III族氮化物材料层的界面处的组分发生畸变。

在一些实施方式中，III族原料源为III族有机源或III族氯化物源。以适应不同的生产设备：当生产设备为HVPE设备时，III族原料源为III族氯化物源；当生产设备为MOCVD设备时，III族原料源为III族有机源。

在一些实施方式中，III族有机源为三甲基A(TMA)或三乙基A(TEA)，III族氯化物源为ACl_B；其中，A为IIIA族元素，B≥1，且B为整数。

在一些实施方式中，III族原料源采用脉冲的方式通入反应腔中。以维持反应界面的动态平衡，有效抑制材料的高温分解；而且，通过脉冲的方式将III族原料源通入反应腔可以防止过量的材料沉积到外延层的表面。