專利名稱：In預沉積生長InN薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及利用襯底金屬In預沉積技術，在金屬有機物氣相外延(MOCVD)生長系統中生長氮化銦(InN)薄膜的方法和技術。
二、技術背景以GaN及InGaN、AlGaN合金材料為主的III-V族氮化物材料是近幾年來國際上倍受重視的新型半導體材料。最近對InN能隙的研究表明，InN的能隙是0.8eV，而不是以前認為的1.9eV，從而使得InGaN系列材料的光譜范圍擴展到紅外光范圍，使InGaN系列材料可以組成全色顯示，發展三色同芯的高端白光LED，從而創造出新型的照明方式，大大節約能源和減少對環境的污染。
在光電子領域InN(0.8ev)材料在LED和LD等方面的應用具有重要的意義。目前，全世界高亮度LED市場總值約為12億美元，預期到2005年，其市場規模會迅速增長到30億美元。在高亮度LED中，絕大部分使用的是InGaN系列的LED，特別是GaN藍光LED，LD的研制成功，更是豐富了LED，LD家族。目前，InGaN系列LED藍，綠，黃光器件研制技術日趨成熟。由于科學技術的飛速發展和材料生長技術的不斷進步，目前，在LED，LD市場中，紅光LED和紅光LD分別占整個市場的16％和75％。
此外在微波毫米波領域，由于InN材料在III族氮化物半導體材料中，具有最高飽和電子漂移速度4.3*107cm/s的和高達1.0*108cm/s的電子渡越速度，因而在各種高頻高速微波毫米波半導體器件(如FET，MODFET，HEMT和PHEMT等的應用中具有廣闊的前景。
目前，影響InN應用的主要限制就是InN材料生長的困難，較差的質量也限制了InN材料的性質和應用。MOCVD方法也用于生長InN，但現有的方法不能獲得較好質量的InN。InN生長困難的主要原因是，InN生長溫度較低和低溫下NH3分解率低的矛盾造成的。在本發明中，我們采用MOCVD生長系統，利用In預沉積技術在藍寶石襯底上生長了InN薄膜。
三、技術內容本發明目的是利用In預沉積技術及MOCVD設備在藍寶石襯底上生長純InN薄膜。并且得到很好質量的InN材料。
本發明的技術解決方案首先，在MOCVD系統中，先在較高高溫度條件下如900℃用氨氣對襯底表面進行氮化，然后在300-500℃在如藍寶石襯底上預沉積一層金屬In，然后同時通入三甲基銦和氨氣進行InN薄膜的生長。本發明技術也同樣適用于其他襯底，如硅片等。
本發明的機理和技術特點是在襯底表面預沉積適量的金屬In，有利于InN的成核和InN成核島之間的融合。如果In過量，由于NH3在生長溫度下低的分解率，襯底表面的金屬In不能全部與N鍵合，就會引起金屬In的聚集。
四
圖1本發明In預沉積不同時間生長得到的InN薄膜的XRD衍射譜圖。(a)0分鐘，(b)5分鐘，(c)10分鐘，(d)15分鐘和(e)20分鐘。隨著金屬In預沉積時間的增長，InN逐漸增多(a，b，c)，而金屬In在最佳的時候完全消失(d)。當In過量時，又會出現金屬In的聚集(e)。
圖2本發明In預沉積不同時間生長得到的InN薄膜的AFM表面形貌。(a)0分鐘，(b)5分鐘，(c)10分鐘，(d)15分鐘和(e)20分鐘。從圖中可以看出，隨著金屬In預沉積時間的增加，InN的島的數量逐漸增多，密度增加，表明金屬In預沉積促進了InN的形成和相互間的融合。
五具體實施例方式
本發明采用的襯底表面金屬In預沉積技術，包括下面幾步1、藍寶石(0001)襯底的清洗和處理。
2、藍寶石襯底放入反應器中后，進行熱處理和氮化處理。首先，在900℃氫氣氣氛處理10分鐘；其次，在氨氣氣氛下對襯底進行氮化處理，時間30分鐘。
3、溫度降低至350℃，只通入三甲基銦在藍寶石襯底表面進行金屬In的預沉積。時間從0～20分鐘不等，結果參見附圖，圖1中所見10-15分鐘較好，三甲基銦的流量為2-6μmol/min。
4、通入氨氣，開始InN薄膜的生長。三甲基銦和氨氣的流量分別為4.3μmol/min和2.1slm，生長的時間為＞15分鐘。給出的圖示數據是生長90分鐘的結果。就可以很容易地生長出純InN薄膜。
對于硅片上的實施方式相同，只是省略了氮化的處理。
權利要求
1.金屬In預沉積生長氮化銦薄膜的方法，其特征是用MOCVD生長InN前，先在襯底表面預沉積一層金屬In，沉積時溫度在300-500℃，然后才同時通入氨氣和三甲基銦，繼續生長從而得到氮化銦薄膜，生長溫度在300-500℃。
2.由權利要求1所述的金屬In預沉積生長氮化銦薄膜的方法，其特征是金屬銦預沉積的時間在10-15分鐘，三甲基銦的流量為2-6μmol/min。
全文摘要
金屬In預沉積生長氮化銦薄膜的方法，用MOCVD生長InN前，先在襯底表面預沉積一層金屬In，沉積時溫度在300－500℃，然后才同時通入氨氣和三甲基銦，繼續生長從而得到氮化銦薄膜，生長溫度在300－500℃。本發明在襯底表面預沉積適量的金屬In，有利于InN的成核和InN成核島之間的融合。
文檔編號C23C16/34GK1563481SQ20041001433
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月16日 優先權日2004年3月16日
發明者張 榮, 畢朝霞, 修向前, 謝自力, 鄭有炓, 顧書林, 沈波, 江若璉, 施毅, 韓平, 朱順明, 胡立群 申請人:南京大學