[发明专利]一种等离子体辅助镀层生长方法

说明书

本发明属于等离子体技术领域，具体的说一种等离子体辅助镀层生长方法；利用PE‑ALD技术在低温下能够在对单晶硅衬底上的GAN薄膜起到促进其生长的作用，且利用PE‑ALD技术，能够通过其独有的自限制反应机制实现对GAN薄膜的高均匀性、高保形性以及原子尺度厚度等方面的控制，相对于等离子体增强化学气相沉积，PE‑ALD技术能够将反应物与等离子分别单独的通入腔室，并在其中发生吸附反应，从而实现对薄膜厚度的可控制性。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体的说是一种等离子体辅助镀层生长方法。

背景技术

80年代以来，氮化物半导体体系材料，例如InN、AlN、GAN等及其合金InALGaN在高饱和迁移率晶体管、发光二极管以及紫外探测器等光电设备领域有着广泛的应用。

而由于GaN存在较宽的直接带隙，从而能够在LED、异质结场效应晶体管等光电领域有着重要的应用，而在现实生产的过程中，GAN薄膜目前的沉积技术通常为MOCVD技术，其生长温度通常在1000设施度以上，而由于过高的温度，使得其与现有的互补金属氧化物半导体技术不兼容，且在MOCVD技术中；由于高温会导致GAN薄膜中的N的平衡蒸汽压升高，高的氮空位浓度会导致薄膜的背景载流子浓度偏高，从而影响GAN薄膜的生长。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决由于高温会导致GAN薄膜中的N的平衡蒸汽压升高，高的氮空位浓度会导致薄膜的背景载流子浓度偏高，从而影响GAN薄膜的生长的问题，本发明提出的一种等离子体辅助镀层生长方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种等离子体辅助镀层生长方法，该方法包括以下步骤：

S1：以一种薄膜为例，进行PE-AlD法生长试验；对GaN薄膜进行生长试验，沉积之前，将衬底Si(100)依次通过异丙醇、丙醇、乙醇以及去离子水进行超声清洗；

S2：去除衬底Si表面的氧化物，用去离子水冲洗，并吹干干燥；衬底Si表面氧化物的去除需要将其浸入稀释氢氟酸溶液(HF，2vol％)中浸泡2min，并在冲洗后通入N2进行吹干干燥；

S3：将衬底Si置入腔室加热盘上，进行分段加热，直至腔室内温度达到衬底生长所需温度；

S4：衬底Si在生长温度下保持30min以上后，向其中通入生长配方气体，促进GaN薄膜的生长；采用生长的配方如下：0.01s-TMG脉冲、3s-reaction、50s-吹扫、30s-N₂/H₂混合等离子气、50s-吹扫，其中3s-reaction是为了增加稼源在腔室内的滞留时间；

S5：对试验后的GaN进行结果分析；在150-300摄氏度下进行一系列生长试验，以确定GAN的生长温度窗口，其中GAN的生长周期均为300cycle，其他条件如上述保持不变。

优选的，所述衬底Si在初次置入加热盘上时，需现在120摄氏度下预热30min以上，随后再分段加热至其生长所需温度。

优选的，所述TMG在常温下具有较高的蒸汽压，室温下为227Torr，故需要采用自制的冷却机构将稼源的温度维持在-1摄氏度左右，以N₂/H₂混合等离子体作为氮源，N₂、H₂的流量分别为20sccm，采用50sccm的载流气Ar将TMG和N₂/H₂混合气代入反应腔室，反应腔室的压力为0.15Torr，其中射频等离子体发生器功率为250W。