專利名稱：用ald設備生長氮化鎵薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及氮化鎵材料的制備，具體涉及一種用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法。
背景技術：
GaN材料的研究與應用是目前半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，是LED產業發展的基礎。GaN材料具有寬的直接帶隙，高的熱導率和擊穿電場，介電常數小，抗輻射能力強，且化學穩定性好(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用方面有著廣闊的前景。在LED產業中，具有完整結構的GaN材料及具有匹配的晶體常數直接影響到LED的性能。目前，GaN的外延生長工藝一般有以下幾種:M0CVD，MBE, LEO和PECVD等。MOCVD是制備GaN及其相關多層結構薄膜的主流技術，具有價格較低、生長速度快等特點。但是其生長溫度過高，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PECVD方法制作出的結果并不理想。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠實現對GaN薄膜的生長，且生長出的GaN薄膜含有較高的氮含量，且制備方法簡單，摻雜后的薄膜結構完整，氮含量提升，性能顯著增加的用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法。為解決上述技術問題，本發明提供了一種用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法，包括:步驟10、將碳化硅襯通過標準液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設備反應腔中；步驟20、向所述原子層沉積設備反應腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應前驅體源在碳化硅襯底表面進行化學吸附，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前驅體在氫氣的輔助下發生反應，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗；重復步驟20、30，即可在所述碳化襯底表面形成氮化鎵薄膜。進一步地，所述鎵源氣體是氯化鎵；所述氯化鎵通過和襯底表面反應而進行化學吸附。進一步地，所述電離后的第二前驅體是載氣氮氣，所述氮氣電離后的氮氣分子與氫氣形成氮氫離子，和氯化鎵中的氯原子發生反應，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團被氮原子取代。進一步地，在所述步驟20和步驟30之前分別包括向原子層沉積設備反應腔通入清洗氣體清洗腔室。進一步地，所述清洗氣體為氮氣。本發明提供的用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法，操作簡單，轉化率高，能耗小，利用原子層沉積單層循環生長的特點，能夠實現均勻的在整個結構中摻氮，且摻雜后氮元
素含量高，薄膜結構完整。
圖1為本發明實施例中碳化硅表面形成S1-H鍵的示意圖；圖2為本發明實施例中氯化鎵和碳化硅襯底表面發生鹵代反應，鎵原子吸附在碳化娃襯底上的不意圖；圖3為本發明實施例中碳化硅襯底表面被鎵原子吸附后的示意圖；圖4為本發明實施例中向原子層沉積反應腔通入氫氣，并進行氮氣等離子體放電電離的示意圖；圖5為本發明實施例中氮氣電離后,碳化娃襯底表面形成具有氫原子的鎵氮結構的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明實施例提供的一種用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法包括:步驟101、通過標準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，標準液是指:1號液，濃硫酸:雙氧水=4: I ；2號液，氨水:純凈水:雙氧水=I: 5: I ；3號液，鹽酸:雙氧水:純凈水=1:1:6 ;將進行氫化處理后的碳化硅襯底放置于原子層沉積設備反應腔中；步驟102、開啟原子層沉積設備，調整工作參數，達到實驗所需工作環境；先向原子層沉積設備反應腔通入氮氣清洗腔室，然后向原子層沉積反應腔中通入鎵源氣體，如圖2所示；氮化鎵和碳化硅襯底表面的氫原子發生反應，鎵原子吸附在碳化硅襯底表面，如圖3所示；步驟103、先向原子層沉積設備反應腔通入氮氣清洗腔室，然后向原子層沉積設備反應腔中通入氫氣，氫氣的速率為2sccm-10sccm，并進行氮氣等離子放電，等離子體放電功率為1W-100W，氮氣電離后的氮氣分子與氫氣形成氮氫離子，和氯化鎵中的氯原子發生反應(如圖4所示)，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團被氮原子取代，碳化硅襯底表面形成具有氫原子的鎵氮結構(如圖5所示)。步驟104，步驟102至步驟103這一反應周期結束后，碳化硅襯底表面全為氫原子，此時重復步驟102至步驟103，可以逐層生長氮化鎵薄膜。本發明提供的用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法，操作簡單，轉化率高，能耗小，利用原子層沉積單層循環生長的特點，能夠實現均勻的在整個結構中摻氮，且摻雜后氮元
素含量高，薄膜結構完整。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。 ·
權利要求
1.一種用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，包括: 步驟10、將碳化硅襯通過標準液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設備反應腔中； 步驟20、向所述原子層沉積設備反應腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應前驅體源在碳化硅襯底表面進行化學吸附，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前驅體在氫氣的輔助下發生反應，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗； 重復步驟20、30，即可在所述碳化襯底表面形成氮化鎵薄膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述鎵源氣體是氯化鎵；所述氯化鎵通過和襯底表面反應而進行化學吸附。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述電離后的第二前驅體是載氣氮氣，所述氮氣電離后的氮氣分子與氫氣形成氮氫離子，和氯化鎵中的氯原子發生反應，使得氯化鎵中除鎵以外的其他官能團被氮原子取代。
4.根據權利要求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: 向原子層沉積設備反應腔通入清洗氣體清洗腔室。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于: 所述清洗氣體為氮氣。
全文摘要
本發明公開用ALD設備生長氮化鎵薄膜的方法，包括步驟10、將碳化硅襯通過標準液和氫氟酸處理處理表面并放置于原子層沉積設備反應腔中；步驟20、向所述原子層沉積設備反應腔中通入鎵源氣體，所述鎵源氣體作為第一反應前驅體源在碳化硅襯底表面進行化學吸附，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前驅體在氫氣的輔助下發生反應，直到所述碳化硅襯底表面的鎵原子完全消耗；重復步驟20、30，即可在所述碳化硅襯底表面形成氮化鎵薄膜。本發明提供的方法能夠實現均勻的在整個結構中摻氮，且摻雜后氮元素含量高，薄膜結構完整。
文檔編號C23C16/44GK103205729SQ20121000770
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者饒志鵬, 萬軍, 夏洋, 陳波, 李超波, 石莎莉, 李勇滔, 李楠 申請人:中國科學院微電子研究所