[发明专利]含有SiNx插入层的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，SinghaP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 81p5372004。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PECVD淀积的SiN_x插入层的m面GaN作为缓冲层生长InN的MOCVD生长方法，以提高InN结晶质量和表面形貌。 

本发明一方面涉及含有SiN_x插入层的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m面蓝宝石衬底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与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理，反应室的起始真空度小于2×10^-2Torr，衬底加热温度为900-1080℃，时间为5-10min，通入混合气之后反应室压力为20-760Torr； 

（2）在温度为600-800℃的情况下，在热处理后的m面蓝宝石衬底上生长厚度 为15-40nm的低温AlN成核层； 

（3）在温度为1025-1200℃的情况下，在低温AlN成核层上再生长厚度为90-150nm的高温AlN成核层； 

（4）通入镓源和氨气，在所述AlN成核层之上生长厚度为1000-2500nmm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）将器件放置在金属有机物化学气相淀积（MOCVD）反应室中，通入镓源和氨气，在所述SiN_x插入层之上生长厚度为3000-6000nmm面GaN缓冲层。 

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

用上述方法获得的InN材料，自下而上依次包括温度为600-800℃的低温AlN成核层，铝源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm。温度为1025-1200℃的高温AlN成核层，铝源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm。高V-Ш比m面GaN缓冲层，温度为950-1020℃，镓源流量为5-80μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm。PECVD淀积的SiN_x插入层，反应温度为200-250℃。镓源流量为90-250μmol/min，氨气流量为1000-3000sccm的高V-Ш比m面GaN缓冲层以及铟流量为30-60μmol/min，氨气流量为1000-5000sccm的InN基材料；其特征在于：用SiN_x插入层的m面GaN作为缓冲层生长InN基材料。