專利名稱：改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)氫化物氣相外延(HVPE)生長氮化鎵(GaN)結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，更確切的說，本發(fā)明提供一種通過In輔助外延生長來提高HVPE生長的GaN外延層的表面和結(jié)晶質(zhì)量的方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，HVPE技術(shù)在GaN材料制備中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于這種材料生長方法的生長速率高，設(shè)備簡單，制備成本低，因此是制備自支撐厚膜GaN襯底的一種主要方法。目前人們采用這種方法已經(jīng)成功的制備出了厚膜GaN襯底R.J.Molnar et al.J.Cryst.Growth，V178，147，1997.。由于目前HVPE外延厚膜GaN通常生長速率較高，因此生長后的GaN膜的表面較粗糙。為了解決這個(gè)問題人們通常采用生長后拋光等辦法來獲得平整的GaN表面K.Motoki et al.J.Cryst.Growth，V237-239，912，2002.，但是這種方法增加了GaN襯底制備的工序和成本。In作為表面活性劑在有機(jī)金屬氧化物氣相外延(MOVPE)中獲得了成功應(yīng)用，提高了MOCVD生長的GaN外延層的表面平整度，同時(shí)由于In的等電子摻雜效應(yīng)，也會(huì)降低GaN外延層中的位錯(cuò)密度G.Pozina et al.Appl.Phys.Lett.，V76，3388，2000.。但是在HVPE生長GaN過程中引入In進(jìn)行輔助生長的方法還沒有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
具體地說，本發(fā)明目的在于提供一種改進(jìn)的氫化物氣相外延(HVPE)生長GaN結(jié)晶膜的表面質(zhì)量的方法，旨在進(jìn)一步提高生長的GaN層的表面和結(jié)晶質(zhì)量。本發(fā)明是在HVPE生長GaN的過程中，通過在HVPE反應(yīng)室中同時(shí)放置鎵(Ga)舟和In舟來實(shí)現(xiàn)。為了改進(jìn)HVPE生長的GaN的表面質(zhì)量，本發(fā)明又在生長過程中引入了In源，在反應(yīng)器中In通過與HCl反應(yīng)生成InCl，Ga與HCl反應(yīng)生成GaCl，GaCl和InCl同時(shí)到達(dá)襯底表面，如圖中4所示。Ga舟和In舟可以放在相同的溫區(qū)，也可以放在不同的溫區(qū)，兩路分別受控的HCl氣體，分別流過Ga舟和In舟，從而對(duì)反應(yīng)所產(chǎn)生的InCl和GaCl的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足生長的需要。當(dāng)然也可以把Ga舟和In舟放在一個(gè)氣路中的不同溫區(qū)。GaN的生長溫度在1000-1100℃之間，在這個(gè)生長溫度下InGaN合金是不會(huì)形成的，其他條件與通常的HVPE生長GaN的條件相同。由于In的引入，Ga原子的表面遷移長度增加，而這對(duì)于生長速度很高的HVPE生長方式非常重要，可以使得生長的GaN的表面的平整度得到改進(jìn)，同時(shí)In在生長過程中還起到等電子摻雜的作用，降低GaN中的缺陷位錯(cuò)密度。In輔助HVPE GaN的方法非常簡單，但是對(duì)于改進(jìn)GaN膜的質(zhì)量卻很有效。此方法不僅適合于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且又適用于批量生產(chǎn)時(shí)采用。
如上所述，采用In輔助HVPE外延生長GaN的優(yōu)點(diǎn)歸納如下1.在HVPE生長GaN的同時(shí)引入In，不需要增加新的工序，卻能夠改進(jìn)GaN膜的質(zhì)量；2.可以采用In和Ga源分開放置，兩路獨(dú)立的HCl氣體流量分別可調(diào)，也可以同時(shí)把Ga舟和In舟放在一個(gè)氣路中的不同溫區(qū)，使用靈活；3.HVPE生長GaN的溫度在1000-1100℃之間，因此In能夠增強(qiáng)Ga原子的表面遷移長度，但是不會(huì)形成InGaN合金；4.一定量的In摻雜進(jìn)入GaN膜中還起到等電子摻雜的作用，降低了GaN膜中的缺陷位錯(cuò)密度。


圖1.本發(fā)明提供的改進(jìn)HVPE外延生長GaN的In舟和Ga舟放在同一溫區(qū)的示意2.本發(fā)明提供的改進(jìn)HVPE外延生長GaN的In舟和Ga舟放在不同溫區(qū)的示意中1.HCl氣體 2.Ga舟 3.In舟 4.GaCl與InCl混合氣體 5.NH3 6.襯底具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，但本發(fā)明絕非僅局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1，如圖1所示，在HVPE生長GaN時(shí)，In舟和Ga舟分別放在兩路獨(dú)立的HCl氣體流量，流量可在1-100sccm范圍內(nèi)可調(diào)，Ga舟與In舟的溫度均為900℃，流經(jīng)Ga舟和In舟管道中的HCl氣體流量分別為15sccm和5sccm，為了加速氣體流動(dòng)，在氣路中引入載氣來攜帶HCl氣體，載氣為N2。GaN的生長溫度在1050℃。對(duì)有In和無In輔助外延生長后的結(jié)果測(cè)試表明，在這個(gè)生長溫度下均沒有形成InGaN合金，但是在對(duì)生長的GaN膜的二次離子散射的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了低濃度的In摻雜，摻雜濃度為10-17/cm3。同時(shí)由于In的引入，使得生長的GaN的表面的粗糙度得到改進(jìn)，X射線衍射半峰寬減小，說明材料的結(jié)晶和表面質(zhì)量都得到了提高。
實(shí)施例2，如圖2所示，在HVPE生長GaN時(shí)，反應(yīng)室中同時(shí)放置鎵(Ga)舟和In舟。在反應(yīng)器中In通過與HCl反應(yīng)生成InCl，Ga與HCl反應(yīng)生成GaCl，GaCl和InCl同時(shí)到達(dá)襯底表面。In舟和Ga舟放在同一個(gè)管道中但是放在不同的溫區(qū)，分別為600℃和900℃，流經(jīng)管道中的HCl氣體流量為15sccm，為了加速氣體流動(dòng)，在氣路中引入載氣來攜帶HCl氣體，載氣為N2。GaN的生長溫度在1050℃。對(duì)有In和無In輔助外延生長后的結(jié)果測(cè)試表明，在這個(gè)生長溫度下均沒有形成InGaN合金，但是在對(duì)生長的GaN膜的二次離子散射的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了低濃度的In摻雜，摻雜濃度為2×10-17/cm3。同時(shí)由于In的引入，使得生長的GaN的表面的粗糙度得到改進(jìn)，X射線衍射半峰寬減小，說明材料的結(jié)晶和表面質(zhì)量都得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，其特征在于氫化物氣相外延生長GaN的同時(shí)引入In輔助源，并且與HCl氣體反應(yīng)生成的InCl和GaCl氣體同時(shí)到達(dá)襯底表面，與NH3在1000-1100℃反應(yīng)，外延生長GaN結(jié)晶膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，所述的In源或與Ga源分別放置在分別可控流量的HCl氣路中，或與Ga源放置在同一個(gè)可調(diào)HCl氣路的不同溫區(qū)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，其特征在于所述的Ga源或In源，以舟的形式存在。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，其特征在于In用以增強(qiáng)Ga原子的表面遷移長度，在反應(yīng)溫度范圍內(nèi)不生成InGaN合金。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，其特征在于In摻雜進(jìn)入GaN結(jié)晶膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種In改進(jìn)氫化物氣相外延生長氮化鎵結(jié)晶膜表面質(zhì)量的方法，特征在于在HVPE生長GaN的過程中采用了In輔助外延生長。它是通過在HVPE反應(yīng)室中同時(shí)放置鎵(Ga)舟和In舟來實(shí)現(xiàn)的。Ga舟和In舟放在相同的溫區(qū)，或放在不同的溫區(qū)，HCl氣體流過Ga舟和In舟，通過對(duì)于產(chǎn)生的InCl和GaCl的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足生長的需要。GaN結(jié)晶膜的生長溫度為1000－1100℃，在此溫度下不會(huì)形成InGaN合金，其他條件與通常的HVPE生長GaN的條件相同。由于In的引入，Ga原子的表面遷移長度增加，而這對(duì)于生長速度很高的HVPE生長方式非常重要，可以使得生長的GaN的表面的平整度得到改進(jìn)，且降低GaN結(jié)晶膜中的缺陷位錯(cuò)密度。
文檔編號(hào)C30B29/38GK1588624SQ200410053350
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者于廣輝, 雷本亮, 葉好華, 齊鳴, 李愛珍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所