專利名稱：InAlN緩沖層生長AlN和AlGaN的方法
技術領域：
本發明涉及一種InAlN緩沖層生長A1N和AlGaN的方法，本發明屬于氮化 物基材料生長與器件制作領域。
背景技術：
由于氮化物材料的寬禁帶、低介電常數、耐高溫、耐腐蝕、抗輻射等特性， 非常適合制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件。在光電器件方 面，氮化物材料也有著優良的性能，首先GaN不吸收可見光，制成的紫外探測 器可以做到可見光盲，不需要濾光系統，而且不需要做成淺結，這樣可以大大 提高量子效率，現在GaN基的紫外探測器已經開始了商業化的道路；其次大于 50X高Al組分的AlGaN可以做到日盲，近年來，人們對AlGaN基日盲型的紫外 探測器進行了大量的研究工作，而且AlGaN基日盲型的紫外探測器在軍事上也 有著非常重要的應用，因此生長出高質量的AlGaN材料在顯得尤為重要。傳統 上，在生長氮化物型半導體元件時，通常需要在襯底上生長緩沖層，還有的在 生長過程中再加入插入緩沖層，以改善隨后生長的主要氮化物型材料的晶體質 量，降低位錯以及提高界面和表面的質量。自第一個AlGaN基日盲型的紫外探 測器問世以來，在材料生長和器件制作方面都取得了巨大的進步。目前生長這 種材料一般都是采用MOCVD外延生長系統，采用A1N做為緩沖層。在襯底上進 行AlGaN/AlN異質結生長，分別以TMGa、 TMA1和NH3作為Ga、 Al和N源，以 氮氣、氫氣或者氮氫混合氣為載氣，材料生長的襯底(如藍寶石、Si、 SiC等)。 但是由于A1N和襯底之間存在大的晶格失配和熱失配，使A1N異質外延時會產 生高密度的位錯，如刃位錯、失配位錯以及界面粗糙等缺陷都對后面AlGaN的 生長造成嚴重的影響，進而降低AlGaN材料的晶體質量。因此必須降低A1N和 AlGaN異質外延時產生的位錯，提高界面質量和表面形貌，進而提高材料晶體質 量和日盲型的紫外探測器的性能。從文獻報道來看，解決上述A1N和AlGaN異質外延問題一般方法就是調節V族元素和III族元素的摩爾比、生長溫度、氣流 速率、流量等，這些方法有一個嚴重的不足之處就是使材料的生長窗口變得極 窄，生長條件很難把握，生長的重復性很不好。其中只有將生長溫度提高到1400
。C 150(TC左右可以提高A1N晶體質量得到了世界的公認，但是現在世界上商
用的外延爐很少有能達到這么高溫度的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種提高A1N和AlGaN材料與相關器件性 能的InAlN緩沖層生長A1N和AlGaN的方法。
為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是采用金屬有機化學氣 相沉積外延生長系統在襯底上生長高質量A1N和AlGaN，該方法采用下述工藝步 驟(1)、在襯底上直接生長InAlN緩沖層或者生長完AlN或AlGaN形核層后再 牛長InAlN緩沖層；
(2) 、在InAlN緩沖層上生長高質量的A1N或AlGaN結晶層；
(3) 、進行器件結構的多層生長。 釆用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明通過InAlN緩沖層技術
解決現有技術屮存在的難題。InAlN的晶格常數比AlN更接近襯底，同時InAlN 是在低溫下生長，在低溫下Al原子的活性非常差，但是In的活性恰好能促進 Al原子的移動從而提高晶體質量，而且17%In組分InAlN的水平晶格常數與 GaN相同，但是他的禁帶寬度卻比GaN高0. 9eV，這樣還防止丫 GaN做緩沖層時 背入射AlGaN日盲型的紫外探測器的吸收問題。在傳統生長中，有用低溫A1N 做緩沖層的，但是位錯密度非常大，所以隨后的晶體質量很難提高；也有用高 溫A1N做緩沖層的，在高溫生長時，外延溫度在140CTC 150(TC以下時直接在 襯底上生長時開始的副反應會很嚴重，晶體質量也很難提高。
因此利用本發明生長A1N或AlGaN晶體時，能降低材料的位錯密度，改善 界面平整度，提高材料的質量；同時增大生長窗口，使材料生長更容易，進而 改善日盲型的紫外探測器件的性能，大大提高我國探測器件的武器裝備水平。而且探測器件也是民用火災監測系統的主要部件。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。 圖l是本發明的結構示意圖2 — 6是本發明另幾種結構示意圖。
具體實施例方式
本發明生長設備用的是金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)外延生長系統，材 料生長所用襯底為藍寶石、Si、 SiC等，其生長氣氛以三甲基鎵(TMGa)、三甲 基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、 Al、 In和N源，以氮
氣、氫氣或者氮氫混合氣為載氣。
下面是圖l一6所示各結構的生長步驟和結構情況其中，InAlN緩沖層、 A1N層和AlGaN層的生長方法均采用常規的生長方法。在圖l一6中，1為A1N 層、2為InAlN緩沖層、3為襯底、4為AlGaN層。
圖l為在襯底3上生長一層InAlN緩沖層2，然后生長A1N層1，這層A1N 可以是先生長低溫A1N層再高溫A]N層或者直接高溫A1N層。
圖2為在襯底3上生長一層InAlN緩沖層2，然后生長高溫AlGaN層4。
圖3為在襯底上生長一層A1N形核層1 ，這層A1N可以是先生長低溫A1N層 再高溫A1N層或者直接高溫A1N層，然后生長InAlN緩沖層2，最后生長高溫 A1N層1。
圖4為在襯底上生長一層A1N形核層1 ，這層A1N可以是先生長低溫A1N層 再高溫A1N層或者直接高溫A1N層，然后生長InAlN緩沖層2，最后生長高溫 AlGaN層4。
圖5為在襯底上生長一層高溫AlGaN形核層4，然后生長InAlN緩沖層2， 最后生長高溫A1N層1。
圖6為在襯底上生長一層高溫AlGaN形核層4，然后生長InAlN緩沖層2， 最后生長高溫AlGaN層4。
權利要求
1、一種InAlN緩沖層生長AlN和AlGaN的方法，采用金屬有機化學氣相沉積外延生長系統在襯底上生長高質量AlN和AlGaN，其特征在于該方法采用下述工藝步驟(1)、在襯底上直接生長InAlN緩沖層或者生長完AlN或AlGaN形核層后再生長InAlN緩沖層；(2)、在InAlN緩沖層上生長高質量的AlN或AlGaN結晶層；(3)、進行器件結構的多層生長。
2、 根據權利要求1所述的InAlN緩沖層生長AIN和AlGaN的方法，其特征 在于生長氣氛為以三甲基鎵作為Ga源、三甲基鋁作為Al源、三甲基銦作為In 源，以氨氣作為N源，以氮氣、氫氣或者氮氫混合氣為載氣。
全文摘要
本發明公開了一種InAlN緩沖層生長AlN和AlGaN的方法，其采用金屬有機化學氣相沉積外延生長系統在襯底上生長高質量AlN和AlGaN，該方法采用下述工藝步驟(1)在襯底上直接生長InAlN緩沖層或者生長完AlN或AlGaN形核層后再生長InAlN緩沖層；(2)在InAlN緩沖層上生長高質量的AlN或AlGaN結晶層；(3)進行器件結構的多層生長。利用本方法生長AlN或AlGaN晶體時，能降低材料的位錯密度，改善界面平整度，提高材料的質量；同時增大生長窗口，使材料生長更容易，進而改善日盲型的紫外探測器件的性能，大大提高我國探測器件的武器裝備水平。而且探測器件也是民用火災監測系統的主要部件。
文檔編號H01L21/205GK101345192SQ200810055348
公開日2009年1月14日 申請日期2008年7月7日 優先權日2008年7月7日
發明者馮志宏, 波 劉, 尹甲運 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所