[发明专利]一种以In2O3为靶材制备InN薄膜材料的方法

说明书

本发明公开了一种InN薄膜的制备方法，包括以下步骤，用丙酮、四氯化碳、无水乙醇和去离子水清洗硅片；清洗后的硅片进行磁控溅射沉积InN薄膜。本发明研究首次采用In₂O₃靶，在溅射温度600℃，溅射压强0.6Pa时，生长出纯的InN薄膜材料，且微观形貌颗粒逐渐增大、结晶质量好、纯度高、没有杂质生成。

技术领域

本发明属于氮化物光电薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种在衬底 Si(100)晶面生长InN薄膜材料的制备方法。

背景技术

Ⅲ-Ⅴ氮化物都是直接带隙半导体材料，属于新型半导体材料，例如它们中氮化镓(GaN)已经被认为是第三代半导体的代表，已经在微电子和光电子器件方面器件领域得到了广泛的应用。氮化铟(InN)由于其优异特性，近年来受到人们的广泛关注，成为当今半导体材料和器件以及传感器研究领域的热点之一。理论研究表明InN材料在Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料中具有最高的饱和电子漂移速度和电子渡越速度，以及最小的有效电子质量；大量的实验研究文献证明InN室温下的带隙宽度是0.7eV。InN因其特殊的禁带宽度在高频高速晶体管、太赫兹器件、发光二极管、热电器件、太阳能电池等领域将会有巨大的应用潜力。

目前国际上关于InN材料的报道比较多，随着生长工艺技术的提高，InN 薄膜材料已经能够采用磁控溅射、金属有机气相外延(MOVPE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等方法进行生长。翟露青等人利用MOCVD方法，三甲基铟作为In源，制备出InN薄膜材料，但是传统的MOCVD方法过程繁琐，成本昂贵；王金颖等人利用磁控溅射方法，金属铟靶作为In源，制备出InN薄膜材料，制备出的InN薄膜XRD衍射峰强较小，生长不均匀，有衬底杂峰。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种在Si上制备 InN薄膜的方法，该方法选用In₂O₃靶材，制备出能够在Si上生长的高纯度、结晶质量好的InN薄膜材料。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种以In₂O₃为靶材制备InN薄膜材料的方法，包括以下步骤，

用丙酮、四氯化碳、无水乙醇和去离子水清洗硅片；

清洗后的硅片进行磁控溅射沉积InN薄膜，磁控溅射沉积时，In₂O₃作为靶材，同时In₂O₃靶材为In源，腔室温度为500～600℃，溅射压强为0.6 ～1.8Pa。

优选的，磁控溅射沉积时，腔室温度为600℃，溅射压强为0.6Pa。

所述磁控溅射沉积时，溅射气体为Ar:N₂＝20:20sccm。磁控溅射功率为 80～90W。硅片优选Si(100)。

本发明的有益效果为：

(1)本发明研究首次采用In₂O₃靶，在溅射温度600℃生长出纯的InN薄膜材料，是目前为止已经公开的InN薄膜质量中较佳的，相比金属铟作为靶材，本发明制备的InN薄膜微观形貌颗粒大、结晶质量好、纯度高、没有杂质生成。

(2)本发明以Si(100)为衬底，腔室温度500℃下的较600℃下的InN薄膜质量差，但500℃下也已经出现了明显的峰位，相比于常规方法制得的InN薄膜，XRD衍射峰强较大。

(3)本发明采用磁控溅射法，通过控制磁控溅射温度和磁控溅射压强，其他参数例如功率、气体流量比、溅射时间不变的条件下制备了一种高纯度、颗粒大、均匀性好、无杂质的InN薄膜材料，溅射过程无需任何模板和催化剂，工艺简单、无污染、易操作，采用 Si(100)为衬底，成本低廉，适合于大批量生产。