[发明专利]低温下立方和六方InN及其与AlN的合金的等离子体辅助原子层外延

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月18日提交的第61/661,016号美国临时申请的权益。

背景

在III族氮化物半导体中，氮化铟(InN)的直接带隙最小，电子饱和速度和迁移率最大，并且电子有效质量最小。长期以来，其已是用于光学、电学和光电设备技术如太阳能电池以及高电子迁移率和高频设备的有吸引力的材料。InN的热力学最稳定相是纤锌矿结构(六方相)，然而，在450℃下通过等离子体辅助分子束外延(MBE)已证明闪锌矿(立方相)InN在InAs/GaAs上的生长。立方InN具有更小的带隙和优良的电子性质，因为其晶格是各向同性的且具有较低的声子散射。

简要概述

在一个实施方案中，生长氮化铟(InN)材料的方法包括在低于300℃的温度下使用脉冲生长方法生长六方和/或立方InN。

附图简要说明

图1示出三甲基铟(TMI)脉冲为0.06秒时生长率(GR)和In/N比的变化。

图2描述了源自三个样品，即T_g＝183℃的GaN/Al₂O₃模板上(顶层)以及T_g＝240℃(中间)和183℃(底层)的a-平面A1₂O₃上的InN(60nm)的x-射线衍射(XRD)峰。

图3示出面心立方(fcc)InN晶相可能的结构的示意图以及其如何对齐至a-平面蓝宝石单位晶格。

图4描述了在由x射线光电子光谱测定的x的全部范围中Al_xIn_1-xN中Al含量随AlN/InN循环比的变化。AlN和InN层按权利要求1-5中所声明的生长。InN首先在GaN上生长，然后在AlN上生长。使InN和AlN的层数变化，以获得所需的Al含量浓度。

详细说明

定义

在详细描述本发明之前，应理解说明书中使用的术语是用于描述具体实施方案的目的，并不用于限制。尽管在本发明的实践中可以使用与本文描述的类似的、改良的或等同的许多方法、结构和材料而无需过度的实验，但本文还描述了优选的方法、结构和材料。在本发明的描述和权利要求中，将根据下面列出的定义使用以下术语。

本文中使用的“低温”指低于300℃的温度，且如另有特别说明，还可指更低的温度如低于280℃、低于260℃、低于240℃、低于220℃、低于200℃、低于180℃等。

铟前体包括三甲基铟(TMI)和本领域中已知的其它铟前体。

铝前体包括三甲基铝(TMA)和本领域中已知的其它铝前体。

除非上下文另外明确指明，本说明书和所附的权利要求中所用的单数形式“一个/种(a/an)”和“该(the)”，不排除复数指示物(plural referent)。

本文中使用的术语“和/或(and/or)”包括有关的列出项中的任意一种或一种或多种的所有组合。

本文中使用的术语“约(about)”当与规定的数值或范围共同使用时，指比所规定的数值或范围稍多一些或稍少一些，即在所规定的数值或范围的±10％的范围内。

说明

使用剑桥纳米技术(CNT)Fiji 200原子层沉积/外延(ALE)系统在a-平面蓝宝石、半绝缘Si(111)和GaN/蓝宝石模板上同时生长InN层。使用蓝宝石基板以确保清楚地表征绝缘体上ALE InN层的电运输性质。在任何其它表面预处理之前，晶片已用溶剂清洗，并用去离子(DI)水冲洗。用HF、HF和15％HC1、以及溶剂分别对Si(111)、GaN/蓝宝石和蓝宝石表面进行预处理。在超高纯(UHP)氩(Ar)环境中进行生长。在非原位表面预处理之后，InN生长之前，于300瓦特用50sccm N₂等离子体处理基板。使用约150-1100个ALE沉积循环(见下文)以同时在不同基板上合成InN膜。本段中给出的参数值是例值，也可用其它值。