[发明专利]ECR-PEMOCVD系统对InN/GaN/自支撑金刚石膜结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型光电材料沉积制备技术领域，尤其涉及一种ECR-PEMOCVD系统对InN/GaN/自支撑金刚石膜结构的制备方法。

背景技术

在过去的十几年里，关于InN半导体材料的研究引起了人们极大的兴趣。InN是一种重要的直接带隙Ⅲ族氮化物半导体材料，与同族的GaN、AlN相比，InN具有最小的有效质量和最高的载流子迁移率、饱和漂移速率，其低场迁移率可达3200 cm²/V·s，峰值漂移速率可达4.3×10⁷cm/s，这些特性使InN在高频厘米和毫米波器件应用中具有独特的优势。制备高质量的InN外延薄膜是InN半导体材料研究与应用的前提，但InN薄膜的制备有两大困难，一方面是InN的分解温度较低，约为600℃左右，而作为N源的NH₃的分解温度则要求很高，一般在1000℃左右，因此如何控制InN的生长温度就产生了矛盾，一般传统的MOCVD技术要求温度在800℃以上，限制了InN的生长温度问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种电学性能良好、散热性能良好的ECR-PEMOCVD系统对InN/GaN/自支撑金刚石膜结构的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括以下步骤。

１）将自支撑金刚石膜基片依次用丙酮、乙醇、去离子水依次超声波清洗后，用氮气吹干送入反应室。

２）采用ECR-PEMOCVD（电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积）系统，将反应室抽真空，加热基片至400~600℃，向反应室内通入氢气携带的三甲基镓、氮气；控制气体总压强，电子回旋共振反应得到在自支撑金刚石膜基片的GaN缓冲层薄膜。

３）继续采用ECR-PEMOCVD系统，将反应室抽真空，将基片加热至200℃～400℃，向反应室内通入氢气携带的三甲基铟、氮气，三甲基铟与氮气流量比为（2～4）：（100～200），控制气体总压强为0.8～2.0Pa，电子回旋共振反应30min～3h沉积制备得InN薄膜，得到在GaN缓冲层薄膜/自支撑金刚石膜结构上的InN光电薄膜。

作为一种优选方案，本发明所述自支撑金刚石膜基片是在热丝CVD系统中甲烷和氢气的反应源条件下制备的，为自由站立基片，自由站立金刚石厚度为1mm。

作为另一种优选方案，本发明所述三甲基镓、三甲基铟的纯度和氮气的纯度均为99.99%。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤1）超声波清洗时间为5分钟。

步骤2）反应室抽真空至9.0×10^-4 Pa，由质量流量计控制三甲基镓与氮气流量分别为0.8sccm和100sccm；控制气体总压强为1.2Pa；电子回旋共振功率为650W，反应30min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤3）反应室抽真空至8.0×10^-4 Pa，由质量流量计控制三甲基铟与氮气的流量，电子回旋共振功率为650W。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤2）将基片加热至400℃。

步骤3）将基片加热至200℃，三甲基铟与氮气流量分别为2sccm与100sccm，控制气体总压强为0.8Pa，电子回旋共振反应180min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤2）将基片加热至500℃。

步骤3）将基片加热至300℃，三甲基铟与氮气流量分别为4sccm与200sccm，控制气体总压强为1.0Pa，电子回旋共振反应120min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤2）将基片加热至600℃。

步骤3）将基片加热至400℃，三甲基铟与氮气流量分别为2sccm与200sccm，控制气体总压强为1.2Pa，电子回旋共振反应60min。

其次，本发明所述步骤2）将基片加热至485℃。

步骤3）将基片加热至360℃，三甲基铟与氮气流量分别为2sccm与150sccm，控制气体总压强为1.5Pa，电子回旋共振反应90min。