專利名稱：利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料和器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，主要指利用非極性ZnO緩沖層來(lái)外延生長(zhǎng)高質(zhì)量的非極性 InN薄膜。
背景技術(shù)：
InN具有較窄的禁帶寬度(0.7eV)和較小的電子有效質(zhì)量(0. OSmtl)，使其在高速 微電子器件，發(fā)光二極管和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前研究較多的是利用C面InN薄膜制備光電器件。然而由于C面InN薄膜存在 極化電場(chǎng)，會(huì)降低InN光電器件的光電效率。利用非極性的A面InN薄膜可以有效的解決 這一問(wèn)題。但是由于R面藍(lán)寶石與A面InN薄膜直接存在著較大的晶格失配，直接外延生 長(zhǎng)不利于InN薄膜的二維聯(lián)合生長(zhǎng)，難以得到高質(zhì)量的非極性InN薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，以 生長(zhǎng)出高質(zhì)量的非極性A面InN薄膜。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜 的方法，該方法包括步驟1 取一襯底；步驟2 采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層；步驟3 采用MOCVD方法，通入銦源和氮源，在該非極性A面ZnO緩沖層上生長(zhǎng)非 極性A面InN薄膜；步驟4 關(guān)閉銦源，并在反應(yīng)室溫度降到300攝氏度以下關(guān)閉氮源，完成A面非極 性InN薄膜的生長(zhǎng)。上述方案中，步驟1中所述襯底為R面藍(lán)寶石。上述方案中，步驟2中所述采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，包括先在 600攝氏度下通氮?dú)夂婵舅{(lán)寶石襯底10分鐘，利用二乙基鋅和氧氣作為反應(yīng)源，氮?dú)庾鲚d 氣，在600攝氏度下生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，生長(zhǎng)過(guò)程中反應(yīng)室壓力維持在76ΤΟΠ·，制 得的非極性A面ZnO緩沖層隨爐冷卻至室溫后取出。上述方案中，步驟2中所述生長(zhǎng)的非極性A面ZnO緩沖層，其厚度為IOnm至lOOnm。上述方案中，步驟3中所述采用MOCVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)溫度為 500°C至 580"C。上述方案中，步驟3中所述采用MOCVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)壓強(qiáng)為 760Torr。
上述方案中，步驟3中所述采用MOCVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，采用的載氣為氮?dú)狻Ｉ鲜龇桨钢?，步驟3和步驟4中所述銦源是三甲基銦，所述氮源是氨氣。上述方案中，得到的A面非極性InN薄膜應(yīng)用于微電子器件、發(fā)光二極 管和太陽(yáng)能 電池中。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，由于ZnO 緩沖層的存在，A面ZnO作為緩沖層以降低外延失配度，藍(lán)寶石和InN薄膜間的大失配得到 緩解，應(yīng)力釋放集中在ZnO緩沖層中，從而使InN薄膜的外延能夠更好的以二維聯(lián)合成膜的 形式生長(zhǎng)，最終獲得高質(zhì)量的非極性InN薄膜。2、利用此技術(shù)生長(zhǎng)出的A面InN薄膜的的X射線半高寬達(dá)到0. 75°，經(jīng)PL譜測(cè)試 具有較好的光學(xué)性能。這些證明了此種方法生長(zhǎng)非極性InN薄膜是可行且有效的。


為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和效果，下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的 說(shuō)明，其中圖1是本發(fā)明提供的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法流程圖；圖2是R面藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的A面ZnO薄膜(a，b)和在其上后續(xù)生長(zhǎng)的A面InN薄 膜(c，d)的SEM表面及截面圖；圖3是R面藍(lán)寶石上以ZnO做緩沖層生長(zhǎng)的A面InN薄膜樣品的XRD圖譜；其中 (a)為θ-2 θ掃描譜，而(b)為高分辨搖擺曲線(Rocking Curve)；圖4是R面藍(lán)寶石上以ZnO做緩沖層生長(zhǎng)的A面InN薄膜樣品的PL圖譜。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明提供的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，利 用非極性ZnO緩沖層，采用MOCVD技術(shù)，具體包括以下步驟步驟1:取一襯底；步驟2 將該襯底放入氧化物MOCVD設(shè)備中，采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩 沖層；步驟3 采用MOCVD方法，通入銦源和氮源，在該非極性A面ZnO緩沖層上生長(zhǎng)非 極性A面InN薄膜；步驟4 關(guān)閉銦源，并在反應(yīng)室溫度降到300攝氏度以下關(guān)閉氮源，完成A面非極 性InN薄膜的生長(zhǎng)。其中，步驟1中所述襯底為R面藍(lán)寶石。步驟2中所述采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，包括先在600攝氏度下 通氮?dú)夂婵舅{(lán)寶石襯底10分鐘，利用二乙基鋅和氧氣作為反應(yīng)源，氮?dú)庾鲚d氣，在600攝氏度下生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，生長(zhǎng)過(guò)程中反應(yīng)室壓力維持在76Τοπ·，制得的非極性A面 ZnO緩沖層隨爐冷卻至室溫后取出。所述生長(zhǎng)的非極性A面ZnO緩沖層，其厚度為IOnm至 IOOnm0步驟3中所述采用MOCVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)溫度為500°C至580°C。所述采用MOCVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)壓強(qiáng)為760Torr。所述采用MOCVD生長(zhǎng)非 極性A面InN薄膜，采用的載氣為氮?dú)?。所述銦源是三甲基銦，所述氮源是氨氣。本發(fā)明得到的非極性InN薄膜可用于紅外光學(xué)器件和電子器件?；趫D1所示的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，本發(fā)明提供 的具體實(shí)施例包括以下步驟1)選用R面藍(lán)寶石作為襯底。2)在生長(zhǎng)氧化物的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備中生長(zhǎng)高質(zhì)量的非極性A 面ZnO薄膜；具體生長(zhǎng)參數(shù)如下生長(zhǎng)溫度為600攝氏度，反應(yīng)室壓力為76ΤΟΠ·，作為Zn源 的二乙基鋅(DEZn)的流量為32sCCm，作為氧源的氧氣的流量為lslm，載氣用的是氮?dú)?，開(kāi) 源生長(zhǎng)前先在600攝氏度下烘烤藍(lán)寶石襯底十分鐘。制得的ZnO薄膜隨爐冷卻至室溫后取 出。ZnO薄膜厚度約IOOnm (圖2)。3)將制得的A面ZnO薄膜放入氮化物MOCVD設(shè)備中作為襯底，并利用氮?dú)庾鲚d氣， 三甲基銦和氨氣為源生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜；具體工藝條件為生長(zhǎng)溫度為580攝氏度， 反應(yīng)室壓強(qiáng)為760Torr，三甲基銦(TMIn)的流量為200sCCm，氨氣(NH3)的流量為3slm，氮 氣作為載氣，其流量為3slm，生長(zhǎng)時(shí)間為40分鐘。InN薄膜厚度約320nm(圖2)。4)關(guān)閉銦源，反應(yīng)室溫度降到300攝氏度以下關(guān)閉氨氣，生長(zhǎng)完后繼續(xù)通入氨氣 的作用是抑制InN的高溫?zé)岱纸?。圖3示出了 R面藍(lán)寶石上以ZnO做緩沖層生長(zhǎng)的A面InN薄膜樣品的XRD圖譜； 其中(a)為θ-2 θ掃描譜，而(b)為高分辨搖擺曲線(RockingCurve)；圖4示出了 R面藍(lán) 寶石上以ZnO做緩沖層生長(zhǎng)的A面InN薄膜樣品的PL圖譜。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征在于，該方法包括步驟1取一襯底；步驟2采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層；步驟3采用MOCVD方法，通入銦源和氮源，在該非極性A面ZnO緩沖層上生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜；步驟4關(guān)閉銦源，并在反應(yīng)室溫度降到300攝氏度以下關(guān)閉氮源，完成A面非極性InN薄膜的生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟1中所述襯底為R面藍(lán)寶石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟2中所述采用M0CVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，包括先在600攝氏度下通氮?dú)夂婵舅{(lán)寶石襯底10分鐘，利用二乙基鋅和氧氣作為反應(yīng)源， 氮?dú)庾鲚d氣，在600攝氏度下生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層，生長(zhǎng)過(guò)程中反應(yīng)室壓力維持在 76Torr,制得的非極性A面ZnO緩沖層隨爐冷卻至室溫后取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟2中所述生長(zhǎng)的非極性A面ZnO緩沖層，其厚度為lOnm至lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟3中所述采用M0CVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)溫度為500°C至580°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟3中所述采用M0CVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，其生長(zhǎng)壓強(qiáng)為760Torr。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟3中所述采用M0CVD生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜，采用的載氣為氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，步驟3和步驟4中所述銦源是三甲基銦，所述氮源是氨氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，其特征 在于，得到的A面非極性InN薄膜應(yīng)用于微電子器件、發(fā)光二極管和太陽(yáng)能電池中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用非極性ZnO緩沖層生長(zhǎng)非極性InN薄膜的方法，包括步驟1取一襯底；步驟2采用MOCVD法生長(zhǎng)非極性A面ZnO緩沖層；步驟3采用MOCVD方法，通入銦源和氮源，在該非極性A面ZnO緩沖層上生長(zhǎng)非極性A面InN薄膜；步驟4關(guān)閉銦源，并在反應(yīng)室溫度降到300攝氏度以下關(guān)閉氮源，完成A面非極性InN薄膜的生長(zhǎng)。本發(fā)明利用A面ZnO作為緩沖層以降低外延失配度，可以獲得高質(zhì)量的非極性A面InN薄膜，該方法可應(yīng)用于高速微電子器件、發(fā)光二極管和太陽(yáng)能電池中。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101831613SQ20101015751
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者劉祥林, 宋華平, 朱勤生, 楊安麗, 楊少延, 王占國(guó), 鄭高林, 郭嚴(yán), 魏鴻源 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所