專利名稱：在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料，尤其是涉及一種在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法。
背景技術(shù)：
銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)是制備短波長發(fā)光器件的優(yōu)選材料體系。近年來已經(jīng)用銦鎵鋁氮材料制造出許多新穎的發(fā)光器件，如藍(lán)色、綠色、白色發(fā)光二極管，紫色半導(dǎo)體激光器等等。同時銦鎵鋁氮材料也是制備許多高性能電子器件的良好材料?，F(xiàn)有技術(shù)中，在藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底上制備銦鎵鋁氮材料的方法已經(jīng)較為成熟。根據(jù)這些公開的技術(shù)，已經(jīng)可以制備出高質(zhì)量的銦鎵鋁氮材料。但是，碳化硅襯底非常昂貴，用于生長銦鎵鋁氮材料將使成本很高。而藍(lán)寶石襯底也比較貴，而且它是絕緣體且加工困難，不能制成具有上下電極的芯片結(jié)構(gòu)，這樣就導(dǎo)致器件制造工藝復(fù)雜，成本增加。硅是一種最成熟的半導(dǎo)體材料，它不僅價格便宜，而且容易控制其導(dǎo)電類型和電阻率，其加工工藝也很成熟，如果用于生長銦鎵鋁氮將可以大大節(jié)約成本。然而在硅襯底上生長銦鎵鋁氮存在著許多困難，其中開始生長時硅襯底表面被氮化形成氮化硅和生長過程中鎵金屬回熔對獲得高質(zhì)量的銦鎵鋁氮影響很大。在已經(jīng)公開的技術(shù)中，一般采用在硅襯底上沉積一層金屬鋁層來阻止氮化硅的形成和鎵回熔。但是由于鋁的熔點較低(660℃)，而銦鎵鋁氮材料的生長溫度很高(＞1000℃)，這一鋁過渡層在銦鎵鋁氮材料的生長過程中不穩(wěn)定，因此將不利于獲得高質(zhì)量的銦鎵鋁氮材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過在硅襯底上形成一層金屬鈦過渡層來有效地阻止氮化硅的形成和防止鎵回熔、從而利于獲得高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的1、在硅襯底表面形成一金屬鈦過渡層；2、在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。
所述鈦過渡層的厚度范圍為2-50，優(yōu)選為5-20。
所述銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩沖層，且該氮化鋁低溫緩沖層直接生長于鈦過渡層上。
本發(fā)明是通過在硅襯底上形成一層金屬鈦過渡層來有效地阻止氮化硅的形成和防止鎵回熔，從而利于獲得高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料。由于鈦為六方密堆結(jié)構(gòu)，與銦鎵鋁氮材料具有較好的匹配，而且其熔點高于1400℃，因此在銦鎵鋁氮生長過程中很穩(wěn)定，可以有效地阻止氮化硅的形成和防止鎵回熔。該金屬鈦過渡層厚度不能太厚也不能太薄，太薄了不能有效的保護(hù)硅表面不被氮化和阻止鎵回熔，太厚了鈦層表面不能維持長程有序，難以得到高的晶體質(zhì)量。鈦過渡層的厚度范圍為2-50，優(yōu)選為5-20。鈦層的形成方法可以是氣相沉積、真空蒸發(fā)、磁控濺射，以及其它常見的鍍膜方法。該過渡層可以是預(yù)先形成然后放入銦鎵鋁氮材料生長室中，也可以在銦鎵鋁氮材料生長室中在線形成。在形成鈦過渡層后，在其上生長銦鎵鋁氮材料，可以采用已經(jīng)公開的任何公開技術(shù)，如化學(xué)氣相沉積，分子束外延，鹵化物氣相外延等等。為了獲得高的晶體質(zhì)量，一般還需要采用二步法生長，即先生長一層氮化鋁低溫緩沖層，然后再升高溫度生長外延層和器件制造所需要的微結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步阻止鎵的回熔，低溫緩沖層優(yōu)選為氮化鋁層。


圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1把一個硅(111)襯底1清洗干凈，放入一金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室，首先在1100℃用氫氣對襯底1表面進(jìn)行5分鐘處理，接著在800℃下沉積30的金屬鈦過渡層和200的氮化鋁低溫緩沖層3，然后再升高溫度到1050℃依次生長氮化鎵摻硅層和氮化鎵摻鎂層4，氮化鋁低溫緩沖層3及氮化鎵摻硅層和氮化鎵摻鎂層4構(gòu)成銦鎵鋁氮疊層。
實施例2把一個硅(111)襯底1清洗干凈，放入電子束蒸發(fā)臺中正蒸鍍10的鈦金屬膜即鈦過渡層2，然后把蒸有鈦過渡層2的襯底1放入一金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室，首先在1100℃用氫氣對襯底1表面進(jìn)行5分鐘處理，接著在800℃下生長200的氮化鋁低溫緩沖層3，然后再升高溫度到1030℃依次生長未摻雜氮化鎵層、摻硅氮化鎵層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱層、氮化鎵摻鎂層4，氮化鋁低溫緩沖層3及未摻雜氮化鎵層、摻硅氮化鎵層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱層、氮化鎵摻鎂層4構(gòu)成銦鎵鋁氮疊層。
權(quán)利要求
1.一種在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法，其特征在于(1)、在硅襯底表面形成一金屬鈦過渡層；(2)、在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。
2.如權(quán)利要求1所述的在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法，其特征在于所述鈦過渡層的厚度范圍為2-50，優(yōu)選為5-20。
3.如權(quán)利要求1-2所述的在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法，其特征在于所述的銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩沖層，且該氮化鋁低溫緩沖層直接生長于鈦過渡層上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在硅襯底上制備高質(zhì)量銦鎵鋁氮材料的方法，它首先在硅襯底表面形成一金屬鈦過渡層，然后在金屬鈦過渡層上形成銦鎵鋁氮疊層。所述銦鎵鋁氮疊層中包含至少一個氮化鋁低溫緩沖層，且該氮化鋁低溫緩沖層直接生長于鈦過渡層上。本發(fā)明通過使用金屬鈦作為過渡層，可以防止硅襯底氮化形成不利于銦鎵鋁氮材料生長的氮化硅和金屬鎵的回熔，生長出高質(zhì)量的銦鎵鋁氮材料。
文檔編號H01L21/02GK1734799SQ200510027808
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者王立, 方文卿, 江風(fēng)益 申請人:南昌大學(xué)