铟镓氮薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种铟镓氮薄膜的制备方法，涉及半导体技术领域，方法包括：步骤A：在衬底生长至少一层初始氮化镓层；步骤B：在初始氮化镓层上生长一层铟镓氮层；步骤C：基于目标策略对铟镓氮层进行处理，在处理后的铟镓氮层上再生长一层铟镓氮层；目标策略包括以下至少一项：升高温度至退火温度，对铟镓氮层进行保温退火处理；降低温度至铟镓氮层的生长温度；或者，在铟镓氮层通入目标气体，目标气体用于去除铟镓氮层中的富铟区；步骤D：重复执行步骤C，直至各所述铟镓氮层的总厚度达到预设阈值，或者各所述铟镓氮层的质量达到预设阈值，生成铟镓氮薄膜。通过上述方法，可有效降低铟镓氮薄膜表面V型缺陷的密度及大小，改善厚层铟镓氮薄膜质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
铟镓氮薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种铟镓氮薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓基材料，包括氮化镓(Gallium Nitride，GaN)、氮化铝(Aluminum Nitride，AlN)、氮化铟(Indium Nitride，InN，)及其合金，是继硅、砷化镓之后的第三代半导体，在诸多领域具有广泛的应用前景和研究价值。
[0003]首先，基于GaN基发光二极管的半导体照明技术，已经显著改变了人们的日常生活。其次，GaN基高电子迁移率晶体管是新一代电力电子、通信系统的关键器件。此外，GaN基激光器具有体积小、效率高、寿命长和响应速度快等优点，在激光显示、激光照明、激光加工、水下通信、存储等方向有重要应用。优异的铟镓氮材料则是制备GaN基光电子及微电子器件的基础。例如，薄层铟镓氮可为量子阱、量子垒，厚度100nm左右的铟镓氮可为波导层。
[0004]然而，由于GaN与InN互溶度低，生长铟镓氮薄膜时，容易产生缺陷，表面形成富铟区、V型缺陷。这将提高材料粗糙度，同时形成漏电通道，不利于制备优异的GaN基光电子及微电子器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种铟镓氮薄膜的制备方法，用以减少铟镓氮薄膜表面的V型缺陷，实现降低材料粗糙度，提高制备GaN基光电子及微电子器件的质量。
[0006]本专利技术提供一种铟镓氮薄膜的制备方法，包括：
[0007]步骤A：在衬底生长至少一层初始氮化镓层，所述初始氮化镓层包括氮化镓缓冲层及非故意掺杂氮化镓层中至少一项；
[0008]步骤B：在所述初始氮化镓层上生长一层铟镓氮层；
[0009]步骤C：基于目标策略对所述铟镓氮层进行处理，在处理后的铟镓氮层上再生长一层铟镓氮层；所述目标策略包括以下至少一项：
[0010]升高温度至退火温度，对所述铟镓氮层进行保温退火处理；降低温度至所述铟镓氮层的生长温度；
[0011]在所述铟镓氮层通入目标气体，所述目标气体用于去除所述铟镓氮层中的富铟区；
[0012]步骤D：重复执行步骤C，直至各所述铟镓氮层的总厚度达到预设阈值，或者各所述铟镓氮层的质量达到预设阈值，生成铟镓氮薄膜。
[0013]可选地，所述目标气体包括：氢气。
[0014]可选地，所述铟镓氮层的生长温度为550℃至850℃；
[0015]所述铟镓氮层的厚度为1nm至100nm。
[0016]可选地，所述基于目标策略对所述铟镓氮层进行处理，包括：
[0017]在10s至500s时间内，将温度升高至750℃至1000℃的退火温度，保持退火温度10s
至500s，并在所述铟镓氮层通入所述目标气体；
[0018]降低温度至所述铟镓氮层的生长温度。
[0019]可选地，所述降低温度至所述铟镓氮层的生长温度，包括：
[0020]在10s至500s时间内，将温度降低至所述铟镓氮层的生长温度。
[0021]可选地，所述氮化镓缓冲层的生长温度的取值范围包括以下至少一项：大于或等于400℃，小于500℃；大于600℃，小于或等于700℃；
[0022]所述氮化镓缓冲层的厚度为10nm至50nm。
[0023]可选地，所述非故意掺杂氮化镓层的生长温度的取值范围包括以下至少一项：大于或等于800℃，小于900℃；大于1100℃，小于或等于1500℃；
[0024]所述非故意掺杂氮化镓层的厚度的取值范围包括以下至少一项：大于或等于10nm，小于500nm；大于2000nm，小于或等于4000nm。
[0025]可选地，所述衬底的材料包括以下任一种：
[0026]蓝宝石；碳化硅；硅；氮化镓。
[0027]可选地，所述氮化镓缓冲层、所述非故意掺杂氮化镓层及所述铟镓氮薄膜的生长方法为：气相沉积法。
[0028]本专利技术提供的铟镓氮薄膜的制备方法，通过在衬底生长至少一层初始氮化镓层，其中，初始氮化镓层包括氮化镓缓冲层及非故意掺杂氮化镓层中至少一项；然后，在初始氮化镓层上生长一层铟镓氮层，基于目标策略对铟镓氮层进行处理，在处理后的铟镓氮层上再生长一层铟镓氮层；其中，目标策略包括：升高温度至退火温度，对铟镓氮层进行保温退火处理，降低温度至铟镓氮层的生长温度；或者，在铟镓氮层通入用于去除铟镓氮层中富铟区的目标气体；然后重复生长铟镓氮层，直至各铟镓氮层的总厚度达到预设阈值，生成铟镓氮薄膜。通过上述方法，基于目标策略对铟镓氮层进行分步生长处理，可以有效降低薄层铟镓氮薄膜表面V型缺陷的密度及大小；另外，在生长完第一层铟镓氮层以后，采取中断生长并进行退火的方式，有效去除薄膜表面的V型缺陷；通过对升温速率和维持高温的时间进行调整，从而可根据不同铟镓氮薄层V型缺陷进行灵活调控。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是本专利技术提供的铟镓氮薄膜的制备方法的流程示意图；
[0031]图2是现有技术中铟镓氮薄膜的制备方法的生长温度曲线图；
[0032]图3是现有技术中铟镓氮薄膜的原子力显微镜测试结果示意图；
[0033]图4是本专利技术提供的铟镓氮薄膜的制备方法的生长温度曲线图；
[0034]图5是本专利技术提供的铟镓氮薄膜的原子力显微镜测试结果。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本
专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]下面结合图1至图5描述本专利技术的铟镓氮薄膜的制备方法。图1是本专利技术提供的铟镓氮薄膜的制备方法的流程示意图，具体包括步骤101
‑
步骤104；其中：
[0037]步骤101：在衬底生长至少一层初始氮化镓层，所述初始氮化镓层包括氮化镓缓冲层及非故意掺杂氮化镓层中至少一项。
[0038]为了减少铟镓氮薄膜表面的V型缺陷，实现降低材料粗糙度，进而提高制备GaN基光电子及微电子器件的质量，在本专利技术实施例中，首先需要在衬底生长至少一层初始氮化镓层。
[0039]例如，在衬底生长一层低温氮化镓缓冲层以及一层高温非故意掺杂氮化镓层。
[0040]可选地，所述衬底的材料包括以下任一种：
[0041]a)蓝宝石；b)碳化硅；c)硅；d)氮化镓。
[0042]可选地，所述氮化镓缓冲层的生长温度的取值范围包括以下至少一项：
[0043]a)大于或等于400℃，小于500℃；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铟镓氮薄膜的制备方法，其特征在于，包括：步骤A：在衬底生长至少一层初始氮化镓层，所述初始氮化镓层包括氮化镓缓冲层及非故意掺杂氮化镓层中至少一项；步骤B：在所述初始氮化镓层上生长一层铟镓氮层；步骤C：基于目标策略对所述铟镓氮层进行处理，在处理后的铟镓氮层上再生长一层铟镓氮层；所述目标策略包括以下至少一项：升高温度至退火温度，对所述铟镓氮层进行保温退火处理；降低温度至所述铟镓氮层的生长温度；在所述铟镓氮层通入目标气体，所述目标气体用于去除所述铟镓氮层中的富铟区；步骤D：重复执行步骤C，直至各所述铟镓氮层的总厚度达到预设阈值，或者各所述铟镓氮层的质量达到预设阈值，生成铟镓氮薄膜。2.根据权利要求1所述的铟镓氮薄膜的制备方法，其特征在于，所述目标气体包括：氢气。3.根据权利要求1所述的铟镓氮薄膜的制备方法，其特征在于，所述铟镓氮层的生长温度为550℃至850℃；所述铟镓氮层的厚度为1nm至100nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铟镓氮薄膜的制备方法，其特征在于，所述基于目标策略对所述铟镓氮层进行处理，包括：在10s至500s时间内，将温度升高至750℃至1000℃的退火温度，保持退火温度10s至500s，并在所述铟镓氮层通入所述目标气体；降低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁锋，赵德刚，刘宗顺，杨静，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：