专利名称：InAlN缓冲层生长AlN和AlGaN的方法
技术领域：
本发明涉及一种InAlN缓冲层生长A1N和AlGaN的方法，本发明属于氮化 物基材料生长与器件制作领域。
背景技术：
由于氮化物材料的宽禁带、低介电常数、耐高温、耐腐蚀、抗辐射等特性， 非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。在光电器件方 面，氮化物材料也有着优良的性能，首先GaN不吸收可见光，制成的紫外探测 器可以做到可见光盲，不需要滤光系统，而且不需要做成浅结，这样可以大大 提高量子效率，现在GaN基的紫外探测器已经开始了商业化的道路；其次大于 50X高Al组分的AlGaN可以做到日盲，近年来，人们对AlGaN基日盲型的紫外 探测器进行了大量的研究工作，而且AlGaN基日盲型的紫外探测器在军事上也 有着非常重要的应用，因此生长出高质量的AlGaN材料在显得尤为重要。传统 上，在生长氮化物型半导体元件时，通常需要在衬底上生长缓冲层，还有的在 生长过程中再加入插入缓冲层，以改善随后生长的主要氮化物型材料的晶体质 量，降低位错以及提高界面和表面的质量。自第一个AlGaN基日盲型的紫外探 测器问世以来，在材料生长和器件制作方面都取得了巨大的进步。目前生长这 种材料一般都是采用MOCVD外延生长系统，采用A1N做为缓冲层。在衬底上进 行AlGaN/AlN异质结生长，分别以TMGa、 TMA1和NH3作为Ga、 Al和N源，以 氮气、氢气或者氮氢混合气为载气，材料生长的衬底(如蓝宝石、Si、 SiC等)。 但是由于A1N和衬底之间存在大的晶格失配和热失配，使A1N异质外延时会产 生高密度的位错，如刃位错、失配位错以及界面粗糙等缺陷都对后面AlGaN的 生长造成严重的影响，进而降低AlGaN材料的晶体质量。因此必须降低A1N和 AlGaN异质外延时产生的位错，提高界面质量和表面形貌，进而提高材料晶体质 量和日盲型的紫外探测器的性能。从文献报道来看，解决上述A1N和AlGaN异质外延问题一般方法就是调节V族元素和III族元素的摩尔比、生长温度、气流 速率、流量等，这些方法有一个严重的不足之处就是使材料的生长窗口变得极 窄，生长条件很难把握，生长的重复性很不好。其中只有将生长温度提高到1400
。C 150(TC左右可以提高A1N晶体质量得到了世界的公认，但是现在世界上商
用的外延炉很少有能达到这么高温度的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高A1N和AlGaN材料与相关器件性 能的InAlN缓冲层生长A1N和AlGaN的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是采用金属有机化学气 相沉积外延生长系统在衬底上生长高质量A1N和AlGaN，该方法采用下述工艺步 骤(1)、在衬底上直接生长InAlN缓冲层或者生长完AlN或AlGaN形核层后再 牛长InAlN缓冲层；
(2) 、在InAlN缓冲层上生长高质量的A1N或AlGaN结晶层；
(3) 、进行器件结构的多层生长。 釆用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明通过InAlN缓冲层技术
解决现有技术屮存在的难题。InAlN的晶格常数比AlN更接近衬底，同时InAlN 是在低温下生长，在低温下Al原子的活性非常差，但是In的活性恰好能促进 Al原子的移动从而提高晶体质量，而且17%In组分InAlN的水平晶格常数与 GaN相同，但是他的禁带宽度却比GaN高0. 9eV，这样还防止丫 GaN做缓冲层时 背入射AlGaN日盲型的紫外探测器的吸收问题。在传统生长中，有用低温A1N 做缓冲层的，但是位错密度非常大，所以随后的晶体质量很难提高；也有用高 温A1N做缓冲层的，在高温生长时，外延温度在140CTC 150(TC以下时直接在 衬底上生长时开始的副反应会很严重，晶体质量也很难提高。
因此利用本发明生长A1N或AlGaN晶体时，能降低材料的位错密度，改善 界面平整度，提高材料的质量；同时增大生长窗口，使材料生长更容易，进而 改善日盲型的紫外探测器件的性能，大大提高我国探测器件的武器装备水平。而且探测器件也是民用火灾监测系统的主要部件。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。 图l是本发明的结构示意图2 — 6是本发明另几种结构示意图。
具体实施例方式
本发明生长设备用的是金属有机化学气相沉积(M0CVD)外延生长系统，材 料生长所用衬底为蓝宝石、Si、 SiC等，其生长气氛以三甲基镓(TMGa)、三甲 基铝(TMA1)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、 Al、 In和N源，以氮
气、氢气或者氮氢混合气为载气。
下面是图l一6所示各结构的生长步骤和结构情况其中，InAlN缓冲层、 A1N层和AlGaN层的生长方法均采用常规的生长方法。在图l一6中，1为A1N 层、2为InAlN缓冲层、3为衬底、4为AlGaN层。
图l为在衬底3上生长一层InAlN缓冲层2，然后生长A1N层1，这层A1N 可以是先生长低温A1N层再高温A]N层或者直接高温A1N层。
图2为在衬底3上生长一层InAlN缓冲层2，然后生长高温AlGaN层4。
图3为在衬底上生长一层A1N形核层1 ，这层A1N可以是先生长低温A1N层 再高温A1N层或者直接高温A1N层，然后生长InAlN缓冲层2，最后生长高温 A1N层1。
图4为在衬底上生长一层A1N形核层1 ，这层A1N可以是先生长低温A1N层 再高温A1N层或者直接高温A1N层，然后生长InAlN缓冲层2，最后生长高温 AlGaN层4。
图5为在衬底上生长一层高温AlGaN形核层4，然后生长InAlN缓冲层2， 最后生长高温A1N层1。
图6为在衬底上生长一层高温AlGaN形核层4，然后生长InAlN缓冲层2， 最后生长高温AlGaN层4。
权利要求
1、一种InAlN缓冲层生长AlN和AlGaN的方法，采用金属有机化学气相沉积外延生长系统在衬底上生长高质量AlN和AlGaN，其特征在于该方法采用下述工艺步骤(1)、在衬底上直接生长InAlN缓冲层或者生长完AlN或AlGaN形核层后再生长InAlN缓冲层；(2)、在InAlN缓冲层上生长高质量的AlN或AlGaN结晶层；(3)、进行器件结构的多层生长。
2、 根据权利要求1所述的InAlN缓冲层生长AIN和AlGaN的方法，其特征 在于生长气氛为以三甲基镓作为Ga源、三甲基铝作为Al源、三甲基铟作为In 源，以氨气作为N源，以氮气、氢气或者氮氢混合气为载气。
全文摘要
本发明公开了一种InAlN缓冲层生长AlN和AlGaN的方法，其采用金属有机化学气相沉积外延生长系统在衬底上生长高质量AlN和AlGaN，该方法采用下述工艺步骤(1)在衬底上直接生长InAlN缓冲层或者生长完AlN或AlGaN形核层后再生长InAlN缓冲层；(2)在InAlN缓冲层上生长高质量的AlN或AlGaN结晶层；(3)进行器件结构的多层生长。利用本方法生长AlN或AlGaN晶体时，能降低材料的位错密度，改善界面平整度，提高材料的质量；同时增大生长窗口，使材料生长更容易，进而改善日盲型的紫外探测器件的性能，大大提高我国探测器件的武器装备水平。而且探测器件也是民用火灾监测系统的主要部件。
文档编号H01L21/205GK101345192SQ200810055348
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月7日 优先权日2008年7月7日
发明者冯志宏, 波 刘, 尹甲运 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所