專利名稱：用ald設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵材料的制備，具體涉及一種用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法。
背景技術(shù)：
GaN材料的研究與應(yīng)用是目前半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。GaN材料具有寬的直接帶隙，高的熱導(dǎo)率和擊穿電場(chǎng)，介電常數(shù)小，抗輻射能力強(qiáng)，且化學(xué)穩(wěn)定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。在LED產(chǎn)業(yè)中，具有完整結(jié)構(gòu)的GaN材料及具有匹配的晶體常數(shù)直接影響到LED的性能。目前，GaN的外延生長(zhǎng)工藝一般有以下幾種:M0CVD，MBE, LEO和PECVD等。MOCVD是制備GaN及其相關(guān)多層結(jié)構(gòu)薄膜的主流技術(shù)，具有價(jià)格較低、生長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)。但是其生長(zhǎng)溫度過(guò)高，一般高于900°C，這容易造成制備出的GaN薄膜少氮和存在碳污染。在低溫條件下，使用等 離子體輔助的方式是一種較好的辦法，但是通過(guò)PECVD方法制作出的結(jié)果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)GaN薄膜的生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)出的GaN薄膜含有較高的氮含量，且制備方法簡(jiǎn)單，摻雜后的薄膜結(jié)構(gòu)完整，氮含量提升，性能顯著增加的用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法，包括:步驟10、將碳化硅襯通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；步驟20、向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應(yīng)前驅(qū)體源在碳化硅襯底表面進(jìn)行化學(xué)吸附，所述鎵源氣體中的鎵原子吸附在所述碳化硅襯底上；步驟30、吸附在碳化硅襯底上的鎵原子與電離后的第二反應(yīng)前驅(qū)體在氫氣的輔助下發(fā)生反應(yīng)，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗；重復(fù)步驟20、30，即可在所述碳化襯底表面形成氮化鎵薄膜。進(jìn)一步地，所述鎵源氣體是氯化鎵；所述氯化鎵通過(guò)和襯底表面反應(yīng)而進(jìn)行化學(xué)吸附。進(jìn)一步地，所述電離后的第二前驅(qū)體是載氣氮?dú)猓龅獨(dú)怆婋x后的氮?dú)夥肿优c氫氣形成氮?dú)潆x子，和氯化鎵中的氯原子發(fā)生反應(yīng)，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團(tuán)被氮原子取代。進(jìn)一步地，在所述步驟20和步驟30之前分別包括向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入清洗氣體清洗腔室。進(jìn)一步地，所述清洗氣體為氮?dú)?。本發(fā)明提供的用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法，操作簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，能耗小，利用原子層沉積單層循環(huán)生長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的在整個(gè)結(jié)構(gòu)中摻氮，且摻雜后氮元
素含量高，薄膜結(jié)構(gòu)完整。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中碳化硅表面形成S1-H鍵的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中氯化鎵和碳化硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，鎵原子吸附在碳化娃襯底上的不意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中碳化硅襯底表面被鎵原子吸附后的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中向原子層沉積反應(yīng)腔通入氫氣，并進(jìn)行氮?dú)獾入x子體放電電離的示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中氮?dú)怆婋x后,碳化娃襯底表面形成具有氫原子的鎵氮結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法包括:步驟101、通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理碳化硅襯底表面，在碳化硅襯底表面形成硅氫鍵，如圖1所示，其中，標(biāo)準(zhǔn)液是指:1號(hào)液，濃硫酸:雙氧水=4: I ；2號(hào)液，氨水:純凈水:雙氧水=I: 5: I ；3號(hào)液，鹽酸:雙氧水:純凈水=1:1:6 ;將進(jìn)行氫化處理后的碳化硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；步驟102、開啟原子層沉積設(shè)備，調(diào)整工作參數(shù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需工作環(huán)境；先向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氮?dú)馇逑辞皇遥缓笙蛟訉映练e反應(yīng)腔中通入鎵源氣體，如圖2所示；氮化鎵和碳化硅襯底表面的氫原子發(fā)生反應(yīng)，鎵原子吸附在碳化硅襯底表面，如圖3所示；步驟103、先向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氮?dú)馇逑辞皇?，然后向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氫氣，氫氣的速率為2sccm-10sccm，并進(jìn)行氮?dú)獾入x子放電，等離子體放電功率為1W-100W，氮?dú)怆婋x后的氮?dú)夥肿优c氫氣形成氮?dú)潆x子，和氯化鎵中的氯原子發(fā)生反應(yīng)(如圖4所示)，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團(tuán)被氮原子取代，碳化硅襯底表面形成具有氫原子的鎵氮結(jié)構(gòu)(如圖5所示)。步驟104，步驟102至步驟103這一反應(yīng)周期結(jié)束后，碳化硅襯底表面全為氫原子，此時(shí)重復(fù)步驟102至步驟103，可以逐層生長(zhǎng)氮化鎵薄膜。本發(fā)明提供的用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法，操作簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，能耗小，利用原子層沉積單層循環(huán)生長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的在整個(gè)結(jié)構(gòu)中摻氮，且摻雜后氮元
素含量高，薄膜結(jié)構(gòu)完整。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。 ·
權(quán)利要求
1.一種用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，包括: 步驟10、將碳化硅襯通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中； 步驟20、向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應(yīng)前驅(qū)體源在碳化硅襯底表面進(jìn)行化學(xué)吸附，所述鎵源氣體中的鎵原子吸附在所述碳化硅襯底上； 步驟30、吸附在碳化硅襯底上的鎵原子與電離后的第二反應(yīng)前驅(qū)體在氫氣的輔助下發(fā)生反應(yīng)，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗； 重復(fù)步驟20、30，即可在所述碳化襯底表面形成氮化鎵薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述鎵源氣體是氯化鎵；所述氯化鎵通過(guò)和襯底表面反應(yīng)而進(jìn)行化學(xué)吸附。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述電離后的第二前驅(qū)體是載氣氮?dú)?，所述氮?dú)怆婋x后的氮?dú)夥肿优c氫氣形成氮?dú)潆x子，和氯化鎵中的氯原子發(fā)生反應(yīng)，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團(tuán)被氮原子取代。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟20和步驟30之前分別包括: 向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入清洗氣體清洗腔室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述清洗氣體為氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開用ALD設(shè)備生長(zhǎng)氮化鎵薄膜的方法，包括步驟10、將碳化硅襯通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；步驟20、向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應(yīng)前驅(qū)體源在碳化硅襯底表面進(jìn)行化學(xué)吸附，所述鎵源氣體中的鎵原子吸附在所述碳化硅襯底上；步驟30、吸附在碳化硅襯底上的鎵原子與電離后的第二反應(yīng)前驅(qū)體在氫氣的輔助下發(fā)生反應(yīng)，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗；重復(fù)步驟20、30，即可在所述碳化硅襯底表面形成氮化鎵薄膜。本發(fā)明提供的方法能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的在整個(gè)結(jié)構(gòu)中摻氮，且摻雜后氮元素含量高，薄膜結(jié)構(gòu)完整。
文檔編號(hào)C23C16/44GK103205729SQ20121000770
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者饒志鵬, 萬(wàn)軍, 夏洋, 陳波, 李超波, 石莎莉, 李勇滔, 李楠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所