III族氮化物半导体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种III族氮化物半导体材料的制备方法，其包括在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，至少将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，其中，M≥1，M为整数。由此，可以提高制得的第M层III族氮化物材料层的界面处键能较弱原子的浓度，减弱键能较弱原子的分解，使界面处金属原子比例维持不变，进而防止第M层III族氮化物材料层的界面处的组分发生畸变。变。变。

【技术实现步骤摘要】
III族氮化物半导体材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料的制备方法，具体涉及一种III族氮化物半导体材料的制备方法。

技术介绍

[0002]III族氮化物半导体材料一般都具有连续可调的直接带隙，以及耐高温高压、化学稳定性好、电子迁移率高、导热性好、压电系数高和极化效应强等诸多优点，在新一代电子器件中有着广阔的应用前景。
[0003]氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy，简称HVPE)技术因制备速率和结晶质量高，成为制备III族氮化物半导体材料的常用技术。此外，金属有机化学气相沉积(Metal
‑
organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术因其具有反应物材料纯度高、反应腔体密封性好、不同材料异质界面陡峭和掺杂控制精度高等优点，成为制备III族氮化物半导体材料的首选技术。
[0004]但是，在制备III族氮化物材料时，当生长完一层III族氮化物材料层时，由于此时反应腔内仍处于高温条件，导致刚生长完的材料层的表面会发生分解。目前，解决材料层表面在制备过程中发生分解的问题主要采用的方法：在反应腔中通入氨气(NH3)进行保护，但是，该方法对减轻材料层的表面的分解的作用有限。

技术实现思路

[0005]为了能够有效地解决III族氮化物材料在制备过程中出现的制备完成的材料层的表面发生分解的问题。专利技术人在长期的研究和实验过程中发现，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段(M≥1，且M为整数)，在保持反应腔内氮源气体氨气和反应载气氢气或反应载气氮气的持续通入的同时，将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的至少与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，以提高界面处键能较弱的原子的浓度，减弱键能较弱的原子的分解，保持界面处金属原子的比例不发生变化，防止界面处的组分发生畸变。基于此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种III族氮化物半导体材料的制备方法。
[0006]该III族氮化物半导体材料的制备方法包括在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，至少将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，其中，M≥1，M为整数。
[0007]本专利技术的制备方法通过在生长第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在反应腔中至少通入生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源，从而提高制得的第M层III族氮化物材料层的界面处键能较弱原子的浓度，减弱键能较弱原子的分解，使界面处金属原子比例维持不变，进而防止第M层III族氮化物材料层的界面处的组分发生畸变。
[0008]在一些实施方式中，III族原料源为III族有机源或III族氯化物源。以适应不同的生产设备：当生产设备为HVPE设备时，III族原料源为III族氯化物源；当生产设备为MOCVD设备时，III族原料源为III族有机源。
[0009]在一些实施方式中，III族有机源为三甲基A(TMA)或三乙基A(TEA)，III族氯化物源为ACl
B
；其中，A为IIIA族元素，B≥1，且B为整数。
[0010]在一些实施方式中，III族原料源采用脉冲的方式通入反应腔中。以维持反应界面的动态平衡，有效抑制材料的高温分解；而且，通过脉冲的方式将III族原料源通入反应腔可以防止过量的材料沉积到外延层的表面。
[0011]在一些实施方式中，脉冲的方式为通入a秒，断开b秒的周期性通断方式。优选的，a小于b。
[0012]在一些实施方式中，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，通入反应腔中的III族原料源的流量或分压不大于生长第M层III族氮化物材料层时的同种III族原料源的流量或分压。
[0013]在一些实施方式中，当III族氮化物半导体材料包括多元氮化物层时，在生长完多元氮化物层之后生长保护层，且生长保护层时，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，将生长多元氮化物层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中。
[0014]本专利技术通过在生长保护层时，在反应腔内通入氮源气体、反应载气和生长多元氮化物层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源，由此制得与氮原子成键键能最弱的氮化物层，通过该氮化物层可以避免多元氮化物层界面处的与氮原子成键键能最弱的氮化物发生分解。
[0015]在一些实施方式中，在生长多元氮化物层之前依次生长缓冲层和模板层，生长缓冲层或模板层时，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，将生长多元氮化物层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最强的III族原料源通入反应腔中。
[0016]通过在生长多元氮化物层之前，先生长与氮原子成键键能最强的III族原料源，得到构成缓冲层和模板层的氮化物的键能最强(与多元氮化物中的其他III族原料源生成的氮化物相比)，由此，使得制得的缓冲层和模板层较为稳定，从而能够保证在模板层上生长的多元氮化物层的稳定性。
[0017]在一些实施方式中，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，通入反应腔中的III族原料源与生长第M层III族氮化物材料层时通入反应腔中的III族原料源相同。以在升温或降温过程中，维持刚生长完的第M层III族氮化物材料层的界面处的动态平衡，减弱界面分解，防止界面处的组分发生畸变。优选的，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，通入的所有的III族原料源的脉冲序列同步。
[0018]在一些实施方式中，在生长完最后一层III族氮化物材料后的降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，通入反应腔中的III族原料源与生长最后一层III族氮化物材料时通入反应腔中的III族原料源相同，直至温度降至500℃以下。由此，可以避免最后生长的III族氮化物材料在高温(550℃以上)时出现界面分解的现象。
附图说明
[0019]图1为本专利技术第一种实施方式的III族氮化物半导体材料的制备方法的流程示意图；
[0020]图2为图1所示的制备方法制得的III族氮化物半导体材料的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术第二种实施方式的III族氮化物半导体材料的制备方法的流程示意图；
[0022]图4为图3所示的制备方法制得的III族氮化物半导体材料的结构示意图；
[0023]图5为本专利技术第三种实施方式的III族氮化物半导体材料的制备方法的流程示意图；
[0024]图6为图5所示的制备方法制得的III族氮化物半导体材料的结构示意图；
[0025]图7为本专利技术第四种实施方式的III族氮化物半导体材料的制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，包括：在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，在保持反应腔内氮源气体和反应载气的持续通入的同时，至少将生长第M层III族氮化物材料层所用的III族原料源中的与氮原子成键键能最弱的III族原料源通入反应腔中，其中，M≥1，M为整数。2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，所述III族原料源为III族有机源或III族氯化物源。3.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，所述III族有机源为TMA或TEA，所述III族氯化物源为ACl
B
；其中，A为IIIA族元素，B≥1，且B为整数。4.根据权利要求1至3任一项所述的III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，所述III族原料源采用脉冲的方式通入所述反应腔中。5.根据权利要求4所述的III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，所述脉冲的方式为通入a秒，断开b秒的周期性通断方式。6.根据权利要求4所述的III族氮化物半导体材料的制备方法，其特征在于，在生长完第M层III族氮化物材料层后的升温阶段或降温阶段，通入反应腔中的III族原料源的流量或分压不大于生长第M层III族氮化物材料层时的同种III族原料源的流量或分压。7.根据权利要求6所述的III...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华龙，何晨光，张康，贺龙飞，赵维，廖乾光，刘云洲，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：