[发明专利]ECR-PEMOCVD在镀金刚石薄膜的Si上低温沉积InN薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型光电材料沉积制备技术领域，尤其涉及一种ECR-PEMOCVD在镀金刚石薄膜的Si上低温沉积InN薄膜的制备方法。

背景技术

氮化铟（InN）是Ⅲ族氮化物中的重要成员，与GaN和AlN相比，InN的迁移率和尖峰速率等都是最高的，在高速高频晶体管等电子器件的应用上有独特优势；其室温带隙位于近红外区，也适于制备高效率太阳能电池、半导体发光二极管及光通信器件等光电器件。但由于InN分解温度低，要求低的生长温度，而氮源分解温度高，所以一般InN薄膜都生长在蓝宝石等一些基片上。众所周知，蓝宝石基片的价格较高，用它作为InN材料的衬底，使InN材料基的器件的成本很难降下来，严重阻碍了InN材料器件的发展。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种可制备电学性能良好的InN光电薄膜且成本低的ECR-PEMOCVD在镀金刚石薄膜的Si上低温沉积InN薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括以下步骤。

1）将Si基片依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗后，用氮气吹干送入反应室。

2）用热丝CVD系统，将反应室抽真空，将Si基片加热，向反应室内通入氢气和甲烷气体，在Si衬底基片上得到金刚石薄膜。

3）采用ECR-PEMOCVD系统，将反应室抽真空，将基片加热至300～700℃，向反应室内通入氢气携带的三甲基铟、氮气，其二者流量比为（2～4）：（80～150）；控制气体总压强为1.2～1.8Pa；电子回旋共振反应30min～3h, 得到在镀金刚石薄膜的Si基片上的InN光电薄膜。

作为一种优选方案，本发明所述三甲基铟的纯度和氮气的纯度均为99.99%。

作为另一种优选方案，本发明所述金刚石薄膜的厚度为300nm。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤1）超声波清洗5分钟；步骤2）抽真空至1.0×10^-2 Pa；基片加热至800℃；氢气和甲烷气体流量分别为200sccm和4sccm，由质量流量计控制；热丝电压为10V，热丝电流为50A，反应30min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤3）抽真空至8.0×10^-4 Pa；三甲基铟、氮气的流量由质量流量计控制；电子回旋共振功率为650W。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤3）基片加热至300℃；三甲基铟与氮气的流量比为2：80；控制气体总压强为1.2Pa；电子回旋共振反应30min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤3）基片加热至400℃；三甲基铟与氮气的流量比为3：100；控制气体总压强为1.5Pa；电子回旋共振反应50min。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤3）基片加热至500℃；三甲基铟与氮气的流量比为3：90；控制气体总压强为1.6Pa；电子回旋共振反应70min。

其次，本发明所述步骤3）基片加热至600℃；三甲基铟与氮气的流量比为2：150；控制气体总压强为1.8Pa；电子回旋共振反应180min。

另外，本发明所述步骤3）基片加热至700℃；三甲基铟与氮气的流量比为4：150；控制气体总压强为1.8Pa；电子回旋共振反应150min。

本发明有益效果。

本发明先是用热丝CVD系统在Si上沉积制备金刚石（金刚石具备非常高的导热性和优良的耐热性）厚膜，再利用可精确控制低温沉积的ECR-PEMOCVD技术，并对反应过程中的相关参数和物质进行选择、设定，从而在镀金刚石薄膜的Si基片上低温沉积制备出高质量的InN光电薄膜，成本非常低。另外，本发明镀金刚石薄膜的Si基片上的InN光电薄膜产品经测试具有良好的电学性能和散热性能，易于制备出高频率大功率的器件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为Si基片上镀金刚石薄膜的X射线衍射图谱。

图2为InN/diamond/Si结构的X射线衍射图谱。

图3为本发明方法得到的InN/diamond/Si结构薄膜示意图。

图3中1为Si基片，2为金刚石薄膜，3为InN样品薄膜。

具体实施方式

本发明包括以下步骤。

1）将Si基片依次用丙酮、乙醇以及去离子水超声波清洗后，用氮气吹干送入反应室。