[发明专利]生长氮化铟单晶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种采用金属有机物化学气相沉积技术生长氮化铟单晶薄膜的方法。

背景技术

近年来，III-V族化合物半导体氮化铟由于在光电子和微电子器件上的广阔应用前景，引起了人们极大的兴趣。氮化铟被认为是低损耗高效电池、光学掩模及多种传感器的优选材料。最近的研究表明，氮化铟在太赫兹(THz)辐射中有很好的应用前景，在热光伏系统中则可作为等离子体滤波器材料等。理论计算表明，相对于砷化镓、氮化铝和氮化镓，氮化铟具有优越的稳态和瞬态电子输运特性，其迁移率、峰值速率、饱和漂移速率和尖峰(overshoot)速率极高，其中低场迁移率可以达到3200cm2/V·s，峰值漂移速率可达4.3×107cm/s，且这些电子输运特性不受温度改变的影响，可以预计氮化铟场效应晶体管的截止频率可高达400GHz，这些特性使氮化铟在高频厘米和毫米波器件应用上具有独特的优势。此外，它还可以用作氮化镓/铝镓氮基的场效应晶体管中的沟道，以提高载流子在沟道中的迁移率及降低其通过沟道的渡越时间(transit time)。

但到目前为止，氮化铟在实验上却没有得到如此优越的电学特性。这是因为氮化铟材料在生长上存在一定的困难，其体材料难以制备，而薄膜的生长又面临缺乏晶格常数和热膨胀系数都匹配的衬底材料，以及分解温度较低等问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生长氮化铟单晶薄膜的方法，该方法是采用金属有机物化学气相沉积技术生长氮化铟单晶薄膜的方法，其可解决金属有机物化学气相沉积技术生长氮化铟薄膜过程中的迁移率比较低的问题，生长条件容易控制，使得氮化铟单晶的外延生长简单。

本发明一种生长氮化铟单晶薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：选择一衬底；

步骤2：采用金属有机物化学气相沉积技术在衬底上生长一层成核层，该成核层可增加衬底表面的成核密度；

步骤3：采用金属有机物化学气相沉积技术在成核层上生长一层缓冲层，该缓冲层可减少外延层的缺陷密度，提高晶体质量；

步骤4：采用金属有机物化学气相沉积技术在缓冲层上生长氮化铟单晶薄膜，该氮化铟单晶薄膜表面平整，晶体质量高。

其中所述的衬底是蓝宝石或碳化硅或硅衬底。

其中所述的成核层的材料为Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中，x+y＝1，0≤x＜1，0≤y＜1。

其中所述的缓冲层的材料为氮化镓。

其中生长成核层时，生长温度为450-1150℃，生长压力为5.33-26.67kPa，厚度为0.01-0.05μm，优选范围为850-1150℃，0.01-0.03μm。

其中生长氮化镓缓冲层时，生长温度为900-1100℃，生长压力为13.33-26.67kPa，厚度为1.00-2.00μm，优选范围为1000-1100℃，1.50-2.00μm。

其中生长氮化铟单晶薄膜时，生长温度为400-650℃，生长压力为13.33-26.67kPa，生长厚度为0.15-0.65μm，优选范围为450-600℃。

本发明采用独特的Al_xIn_yGa_1-x-yN缓冲层，通过精确控制生长条件，如温度、压力、V/III比，有效缓解了晶格失配和热膨胀带来的应力；同时，通过控制调整氮化铟外延层的生长条件，降低了氮化铟外延层的缺陷密度，提高了氮化铟外延层的晶体质量，得到了室温迁移率超过1100cm2/V·s的氮化铟单晶薄膜。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式及附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明的氮化铟单晶薄膜生长结构示意图；

图2是本发明的氮化铟单晶薄膜的双晶X射线θ-2θ扫描测试结果；

图3是本发明的氮化铟单晶薄膜的双晶X射线半峰宽测试结果；

图4是本发明的氮化铟单晶薄膜的表面粗糙度测试结果；

图5是本发明的氮化铟单晶薄膜的迁移率测试结果。

具体实施方式