[发明专利]一种非晶态氮化镓或氮化铟薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能薄膜制备方法及应用领域，特指一种非晶态氮化镓或氮化铟薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

由InN、GaN、AlN及其合金组成的III族氮化物半导体是目前最重要的一类宽禁带半导体，其热力学稳定结构是纤锌矿结构，III族氮化物的纤锌矿结构晶体是以四面体结构为基础，具有六方对称性，是由六方排列的双原子层规则地按ABAB……的顺序堆叠而成（<0111>方向），由于III族氮化物所具有的这些特性，其主要应用领域包括半导体照明、DVD的光存储、探测器（专利申请号：200810019832.2，200810019835.6）以及高温、高频、高功率微波器件；例如，家近泰等人（专利申请号：0212445.5）提供了一种3~5族的化合物半导体，并应用于发光二极管；此外，赵彦立等人（专利申请号：200910060799.2）利用半导体外延层的生长也实现了GaN基发光二极管的研发；康香宁等人（专利申请号：200510073285.2，200610167605.5）提出了一种高亮度GaN基发光管芯片及其制备方法和降低氮化镓单晶膜与异质基底间应力的方法。

III族氮化物的制备方法包括分子束外延、有机分子气相外延、热分解合成粉末材料和溶胶-凝胶法（专利申请号：03110867.9）等；除溶胶-凝胶法外，III族氮化物通常是异质外延在c面蓝宝石衬底上的，而c面蓝宝石衬底和c面III族氮化物间的晶格和热失配都较大，这样导致在外延过程中产生大量的位错和缺陷，并且导致外延晶体结构变形，从而产生压电极化场，压电极化场同样会改变晶体能带分布，使电子和空穴的分布错开，且使有效禁带宽度减小，激发峰位红移；溶胶-凝胶法制备III族氮化物需要掺入一些高分子材增稠剂，因此杂质含量比较多；近年来，赵桂娟等人（专利申请号：201210313725.7）在衬底上生长非极性A面InGaN柔性层，然后在非极性A面InGaN柔性层上生长GaN缓冲层，对非极性A面InGaN柔性层和非极性A面GaN缓冲层进行退火处理，形成自组装横向外延模板，以及在自组装横向外延模板上生长非极性A面GaN薄膜；杜国同等人（专利申请号：201010554940.7）利用SiC衬底晶格和GaN匹配好的优点，在SiC衬底上制出一种垂直结构发光管，同时，也可利用多层III族氮化物在金刚石厚膜衬底上制备声表面波器件（专利申请号：201110062224.1）。

由此可见，在非晶态氮化镓或氮化铟材料及器件制备方面，研发人员已经进行了大量的工作，然而无论是利用新衬底和新技术，目前生产成本还是比较高，工艺比较冗杂；本发明提供了一种在普通衬底，例如玻璃、聚亚酰胺柔性塑料或单晶硅片上，利用化学气相沉积技术制备非晶态氮化镓或氮化铟薄膜和非晶态氮化镓或氮化铟薄膜半导体器件的制备方法，通过该方法制作的材料均匀程度高、杂质含量低、器件与衬底黏附力大等优点；另外本制作方法具有操作简便，适于大面积连续生产的优点。

发明内容

本发明目的在于提供一种非晶态氮化镓和非晶态氮化铟薄膜及非晶态氮化镓和非晶态氮化铟薄膜半导体器件的制备方法，采用等离子体化学气相沉积技术，利用有机源、氨气作为反应源；利用氢气或氮气作为有机源载气源，利用硅烷、三甲基镁作为掺杂剂，在衬底（如硅片、玻璃或塑料）上分别制备n型、p型非晶态氮化镓或氮化铟；并以n型、p型非晶态氮化镓或氮化铟薄膜作为薄膜晶体管的沟道层，其薄膜晶体管结构如图1和图2所示，通过该方法制作的非晶态氮化镓或氮化铟薄膜及非晶态氮化镓或氮化铟薄膜晶体管是在廉价的衬底上得到的，因此大大降低了制造成本；本发明的材料均匀程度高、杂质含量低、器件与衬底黏附力大等优点；另外本发明方法具有操作简便、适于大面积连续生产等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用等离子体化学气相沉积技术，利用有机源、氨气作为反应源；利用氢气或氮气作为有机源载气源，利用硅烷、三甲基镁作为掺杂剂，在衬底上分别制备n型、p型非晶态氮化镓或非晶态氮化铟薄膜；以n型、p型非晶态氮化镓或非晶态氮化铟作为薄膜晶体管沟道层，制备顶栅结构薄膜晶体管和底栅结构薄膜晶体管。

作为优选，所述的等离子体化学气相沉积技术制备非晶态氮化镓或非晶态氮化铟薄膜过程中，其工艺参数为：有机源和氨气质量流量比例为1:2~ 1:1，射频功率为50~350 W，反应压强为20~200 Pa；所述的衬底温度为室温至350 ℃。