CN101560692A - 一种非极性面InN材料的生长方法 - Google Patents
一种非极性面InN材料的生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101560692A CN101560692A CNA2009100279269A CN200910027926A CN101560692A CN 101560692 A CN101560692 A CN 101560692A CN A2009100279269 A CNA2009100279269 A CN A2009100279269A CN 200910027926 A CN200910027926 A CN 200910027926A CN 101560692 A CN101560692 A CN 101560692A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- growth
- inn
- substrate
- buffer layer
- lialo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910010093 LiAlO Inorganic materials 0.000 claims description 28
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 14
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N lithium aluminate Chemical compound [Li+].[O-][Al]=O YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 229910010092 LiAlO2 Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 238000011160 research Methods 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000002017 high-resolution X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C23C16/303—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
- C23C16/0218—Pretreatment of the material to be coated by heating in a reactive atmosphere
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
Abstract
一种非极性面InN材料的生长方法，利用金属有机物化学汽相外延MOCVD生长***，在铝酸锂LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，所述m面是非极性面的一种，高In组分指InxGa1－xN材料中In组分x大于0.3。本发明利用MOCVD生长***，采用LiAlO2(100)材料作为衬底、对LiAlO2(100)衬底进行处理以及利用低温缓冲层，合成生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，通过选择合适的衬底，在MOCVD***下，选择适当的生长的技术条件，并利用缓冲层的设计，生产得到非极性面InN材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的合成生长InN材料的方法，尤其是利用金属有机物化学汽相外延MOCVD技术在LiAlO2(100)衬底生长InN材料的方法，为一种非极性面InN材料的生长方法。
背景技术
III族氮化物半导体材料GaN，AlN和InN是性能优越的新型半导体材料。在光电子器件方面已有重要的应用，在光电集成，超高速微电子器件和超高频微波器件及电路上也有着十分广阔的应用前景。由于材料生长的困难，III族氮化物材料在相当长的时间内未能得到足够的重视，直到1991年前后，因GaN系列的高亮度LED研制成功，才使沉寂多年的III族氮化物半导体材料生长和器件应用研究又掀起了新的热潮。经过这么多年的研究和发展，GaN和AlN的生长技术研究，特性研究以及器件应用研究都已取得长足的发展。但是因为InN具有低的离解温度(≥600℃分解)要求低温生长，而作为氮源的NH3的分解温度较高，要求1000℃左右，这是InN生长的一对矛盾。其次，对于InN材料生长又缺少与之匹配的衬底材料。这就使得高质量InN材料生长特别困难。因此InN材料的研究几乎没有取得什么进展。我们对InN材料的性质知之甚少。
最近几年，由于科学技术的进步和发展，InN材料生长技术也越来越成熟。生长的InN材料中杂质也越来越少。特别是2002年对InN材料本征能隙认识的新的突破，对于纯度更纯的InN材料，其能隙是0.6ev-0.7ev而不是人们一直认为的是1.9ev。这使得InN材料在微电子和光电子领域中的应用将有更好的表现。同时在国际上也因此掀起了一股InN材料的研究热潮。
理论研究表明，InN材料在III族氮化物半导体材料中具有最高的饱和电子漂移速度和电子渡越速度，以及具有最小的有效电子质量。同时其电子迁移率也比较高。因此，InN材料是理想的高速，高频晶体管材料。由于InN材料是直接带隙材料，其带隙值的最新研究结果表明为0.6ev-0.7ev，这使得In1-xGaxN三元合金材料的能隙范围能够随合金中In组分x的变化从InN能隙的0.7ev到GaN能隙的3.4ev自由调节。它提供了对应于太阳能光谱几乎完美的对应匹配能隙。这为设计新型高效太阳能电池提供了极大的可能。理论上，基于InN材料的太阳能电池的光电转换效率有可能接近太阳能电池的理论极限光电转换效率72％。因为本征带隙的减小，使得InN的发光波长达到了1.55um，这样人们就可以用III族氮化物半导体材料通过生长组分连续调整变化覆盖从紫外光到红外光范围，并一直延伸到长波长通讯波段，使得光通讯器件制备可选用材料得到更大的丰富。同时InN以其独特的优良特性有可能为光通讯器件的发展带来新的突破。
目前大部分GaN基材料是沿着[0001]c轴方向生长的纤锌矿结构。而沿着[0001]方向外延生长会产生自发极化和压电极化，导致量子限制斯塔克效应，由其产生的内建电场削弱了量子阱内电子空穴波函数在实空间的重叠几率，降低了器件的量子效率；也使光电子器件的跃迁发射能量发生红移。为了克服这些缺点，(1100)m面和(1102)a面的GaN引起了人们很大的兴趣。m面和a面GaN可以使用MOCVD，MBE，HVPE在c面LiAlO2或r面宝石衬底等上生长。
衬底材料对于异质外延GaN的晶体质量影响很大，对器件的性能和可靠性产生重要的影响。缺乏与GaN品格匹配而且热兼容的合适的衬底材料是影响GaN器件成熟的主要困难之一。目前最为广泛使用的c面蓝宝石(c-plane-Al2O3)衬底与GaN的晶格失配率高达13.6％。虽然通过缓冲层可改善外延膜和衬底的匹配，但这种严重的晶格失配仍会导致外延膜中高密度缺陷的产生，使器件的寿命和性能大大下降。虽然在GaN衬底上进行同质外延前景诱人，但生长出大尺寸GaN单晶体尚需时日，寻找其它理想的衬底材料也是解决问题的有效途径之一。LiAlO2和GaN匹配非常好，它和GaN的晶格失配率分别只有1.4％，是很有发展前景的生长GaN的衬底材料。用c面LiAlO2做衬底材料，采用MBE，HVPE等技术合成生长m面GaN的工作已有很多文献报道，而关于生长非极性面InN材料几乎没有报导。
发明内容
本发明目的是：提供一种利用金属有机物化学汽相外延MOCVD外延生长***，采用LiAlO2(100)衬底技术生长m面InN薄膜材料以及高In组分m面InGaN材料的生长方法。
本发明的技术方案为：一种非极性面InN材料的生长方法，利用金属有机物化学汽相外延MOCVD生长***，在铝酸锂LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，所述m面是非极性面的一种，高In组分指InxGa1-xN材料中In组分x大于0.3。
在MOCVD***中，先对生长的LiAlO2(100)衬底在500-1050℃温度下进行衬底材料热处理或通入氨气进行表面氮化，再在500-1050℃温度范围下通入载气N2，氨气以及金属有机源，在LiAlO2(100)衬底上合成生长m面的InN薄膜材料以及高In组分m面InGaN材料。
对生长的LiAlO2(100)衬底进行衬底材料热处理为：使用氢气或氮气，在500-800℃温度下进行衬底材料的10s到300s的热处理。
经过衬底材料热处理或表面氮化的LiAlO2(100)衬底，在450-600℃温度范围，通入载气N2，氨气以及金属有机In源，生长一层低温InN缓冲层，在缓冲层上或直接在经过处理的衬底上生长m面InN材料，生长m面InN材料的条件为温度范围500-700℃，生长压力0-700Torr，生长时五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000，生长时间根据生长材料的厚度要求控制。低温InN缓冲层厚度5-100nm。
经过衬底材料热处理或表面氮化的LiAlO2(100)衬底，在450-600℃温度范围，通入载气N2，氨气以及金属有机Ga源和金属有机In源，生长低温GaN缓冲层和或低温InN缓冲层，在缓冲层上或直接在经过处理的衬底上生长高In组分m面InGaN材料，生长m面InGaN材料的条件为温度范围500-700℃，生长压力0-700Torr，生长时五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000，生长时间根据生长材料的厚度要求控制。所述低温GaN缓冲层、低温InN缓冲层厚度5-100nm。
本发明生长低温缓冲层，可以起到先成核的作用，利于成核生长成单晶体材料，生产InGaN材料时，In的组分由Ga源和In源的通入量控制五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000，流量比一定就可以了。
本发明利用LiAlO2(100)材料作为衬底、对LiAlO2(100)衬底的处理以及生成低温GaN、低温InN缓冲层以利于成核生长成单晶体材料是本发明的关键。
本发明利用MOCVD生长***，采用LiAlO2(100)材料作为衬底、对LiAlO2(100)衬底进行处理以及利用缓冲层，合成生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，通过选择合适的衬底，在MOCVD***下，选择适当的生长的技术条件，并利用缓冲层的设计，生产得到非极性面InN材料。
附图说明
图1为本发明生长的m面InN材料的高分辨X射线衍射ω-2θ扫描谱XRD。
图2为本发明生长的m面InN材料在方位角0°和90°的X射线摇摆曲线。
图3为本发明生长的m面InN材料表面的原子力显微镜照片，(a)(b)分别为不同的样品。
具体实施方式
本发明利用金属有机物化学汽相外延MOCVD外延生长***，采用LiAlO2(100)衬底生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，所述m面是非极性面的一种，高In组分指InxGa1-xN材料中In组分x大于0.3。具体包括以下几步：
采用LiAlO2(100)衬底，先使用氢气或氮气，在500-800℃温度下对衬底材料进行10s到300s的热处理，或者通入氨气进行表面氮化，再在500-1050℃的温度范围通入载气N2，氨气以及金属有机源。
在经过上述LiAlO2(100)衬底材料表面处理后，在氮气或氢气做载气下，通入氨气和金属有机源，如三甲基铟，在450-600℃的低温下进行10s-300s的低温InN缓冲层的生长。生长时生长压力在0-700Torr，生长时通过载气流量控制五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000。生长m面InN材料时，只通入金属有机In源，如需生长高In组分m面InGaN材料，则金属有机源采包括In源和Ga源，如三甲基铟和三甲基鎵，生成低温InN缓冲层和低温GaN缓冲层。所述低温GaN缓冲层、低温InN缓冲层厚度5-100nm。
在以上工艺进行后，继续在氮气或氢气做载气下通入氨气和金属有机源，升高温度到500-650℃，开始生长m面InN材料或高In组分m面InGaN材料，生长时间根据生长材料的厚度要求控制。同样，生长时生长压力在0-700Torr，生长时通过载气流量控制五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000。
图1为本发明生长的m面InN材料的高分辨X射线衍射ω-2θ扫描谱XRD。从图中可以看出，在合成生长的InN材料，除了衬底的LAO(200)、LAO(400)、m面InN(100)以及m面InN(400)特征峰外并没有其它峰出现，表明了所生长的InN材料是m面取向的。LAO指铝酸锂。
图2是本发明生长的InN材料的X射线摇摆曲线，可以看出样品在0°和90°具有不同的半峰宽，说明m面InN也具有面内各向异性。
图3为为本发明生长的m面InN材料表面的原子力显微镜照片，(a)(b)分别为不同的样品。从图中可以看出，所生长的m面InN材料的表面均较为平整，表面粗糙度(RMS)为27nm，InN晶体以准二维模式生长，表面晶粒尺寸较小，并且在[0001]面内方向呈现结构各项异性，这和图2以及阴极荧光研究的结果一致。
本发明利用MOCVD生长技术在LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN材料。用c面LiAlO2(LAO)做衬底材料，采用MBE，HVPE等技术合成生长m面GaN的工作已有很多文献报道，而利用MOCVD生长技术在LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN材料，包括类似的技术方案都尚未见报道。本发明首次利用MOCVD生长技术在LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN薄膜材料，在技术上属于首次。
金属有机物化学汽相外延MOCVD技术的生长方法是一种常用的材料生长方法，但如何选择衬底，如何得到高结晶高质量的InN材料仍然值得研究，包括生长的技术条件，缓冲层的设计等等均是生产中需要解决的问题。本发明在材料上是一种发明，在生长方法上是一种改进，在用途上有着进一步的拓展。
Claims (7)
1、一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是利用金属有机物化学汽相外延MOCVD生长***，在铝酸锂LiAlO2(100)衬底上合成生长m面InN材料以及高In组分m面InGaN材料，所述m面是非极性面的一种，高In组分指InxGa1-xN材料中In组分x大于0.3。
2、根据权利要求1所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是在MOCVD***中，先对生长的LiAlO2(100)衬底在500-1050℃温度下进行衬底材料热处理或通入氨气进行表面氮化，再在500-1050℃温度范围下通入载气N2，氨气以及金属有机源，在LiAlO2(100)衬底上合成生长m面的InN薄膜材料以及高In组分m面InGaN材料。
3、根据权利要求2所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是对生长的LiAlO2(100)衬底进行衬底材料热处理为：使用氢气或氮气，在500-800℃温度下进行衬底材料的10s到300s的热处理。
4、根据权利要求2或3所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是经过衬底材料热处理或表面氮化的LiAlO2(100)衬底，在450-600℃温度范围，通入载气N2，氨气以及金属有机In源，生长一层低温InN缓冲层；再在缓冲层上或直接在经过处理的衬底上生长m面InN材料，生长m面InN材料的条件为温度范围500-700℃，生长压力0-700Torr，生长时五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000，生长时间根据生长材料的厚度要求控制。
5、根据权利要求4所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是低温InN缓冲层厚度5-100nm。
6、根据权利要求2或3所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是经过衬底材料热处理或表面氮化的LiAlO2(100)衬底，在450-600℃温度范围，通入载气N2，氨气以及金属有机Ga源和金属有机In源，生长低温GaN缓冲层和或低温InN缓冲层；再在缓冲层上或直接在经过处理的衬底上生长高In组分m面InGaN材料，生长m面InGaN材料的条件为温度范围500-700℃，生长压力0-700Torr，生长时五族元素和三族元素的摩尔比为500-30000，生长时间根据生长材料的厚度要求控制。
7、根据权利要求6所述的一种非极性面InN材料的生长方法，其特征是所述低温GaN缓冲层、低温InN缓冲层厚度5-100nm。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2009100279269A CN101560692A (zh) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | 一种非极性面InN材料的生长方法 |
| US12/748,435 US20100288190A1 (en) | 2009-05-13 | 2010-03-28 | Growth Method of Non-Polarized-Plane InN |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2009100279269A CN101560692A (zh) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | 一种非极性面InN材料的生长方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101560692A true CN101560692A (zh) | 2009-10-21 |
Family
ID=41219656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2009100279269A Pending CN101560692A (zh) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | 一种非极性面InN材料的生长方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100288190A1 (zh) |
| CN (1) | CN101560692A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101831613A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法 |
| CN102422391A (zh) * | 2009-11-12 | 2012-04-18 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法 |
| CN103710757A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-04-09 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种改善铟镓氮外延材料表面质量的生长方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9236530B2 (en) | 2011-04-01 | 2016-01-12 | Soraa, Inc. | Miscut bulk substrates |
| US9646827B1 (en) | 2011-08-23 | 2017-05-09 | Soraa, Inc. | Method for smoothing surface of a substrate containing gallium and nitrogen |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08293473A (ja) * | 1995-04-25 | 1996-11-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 |
| US6218280B1 (en) * | 1998-06-18 | 2001-04-17 | University Of Florida | Method and apparatus for producing group-III nitrides |
| US6673149B1 (en) * | 2000-09-06 | 2004-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Production of low defect, crack-free epitaxial films on a thermally and/or lattice mismatched substrate |
| US7504274B2 (en) * | 2004-05-10 | 2009-03-17 | The Regents Of The University Of California | Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition |
| US7956360B2 (en) * | 2004-06-03 | 2011-06-07 | The Regents Of The University Of California | Growth of planar reduced dislocation density M-plane gallium nitride by hydride vapor phase epitaxy |
| TWI377602B (en) * | 2005-05-31 | 2012-11-21 | Japan Science & Tech Agency | Growth of planar non-polar {1-100} m-plane gallium nitride with metalorganic chemical vapor deposition (mocvd) |
-
2009
- 2009-05-13 CN CNA2009100279269A patent/CN101560692A/zh active Pending
-
2010
- 2010-03-28 US US12/748,435 patent/US20100288190A1/en not_active Abandoned
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102422391A (zh) * | 2009-11-12 | 2012-04-18 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法 |
| CN102422391B (zh) * | 2009-11-12 | 2013-11-27 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体元件的制造方法 |
| CN101831613A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-15 | 中国科学院半导体研究所 | 利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法 |
| CN103710757A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-04-09 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种改善铟镓氮外延材料表面质量的生长方法 |
| CN103710757B (zh) * | 2013-12-04 | 2016-06-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种改善铟镓氮外延材料表面质量的生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100288190A1 (en) | 2010-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5239188A (en) | Gallium nitride base semiconductor device | |
| CN102119243B (zh) | 利用氢化物气相外延(HVPE)生长平面非极性的{1-100}m面和半极性的{11-22}氮化镓 | |
| CN102326262B (zh) | 太阳能电池及其制造方法 | |
| CN100418240C (zh) | 在β三氧化二镓衬底上生长InGaN/GaN量子阱LED器件结构的方法 | |
| CN102326266B (zh) | 发光二极管元件及其制造方法 | |
| US20080223434A1 (en) | Solar cell and process for producing the same | |
| CN100532638C (zh) | 生长非极性面GaN薄膜材料的方法及其用途 | |
| WO2019033974A1 (zh) | 一种多功能氢化物气相外延生长***及应用 | |
| CN101560692A (zh) | 一种非极性面InN材料的生长方法 | |
| CN101847578A (zh) | 基于m面Al2O3衬底上半极性GaN的生长方法 | |
| CN102839417B (zh) | 一种在蓝宝石衬底上生长自剥离氮化镓薄膜的方法 | |
| CN100344006C (zh) | 一种m面InGaN/GaN量子阱LED器件结构的生长方法 | |
| CN101388337A (zh) | 一种生长高质量具有双缓冲层的单晶氮化铟薄膜的方法 | |
| CN108428618A (zh) | 基于石墨烯***层结构的氮化镓生长方法 | |
| CN101345192B (zh) | InAlN缓冲层生长AlN的方法 | |
| CN100373548C (zh) | 铝酸锂晶片上生长非极性GaN厚膜的方法 | |
| CN100378255C (zh) | 一种a面和m面GaN薄膜材料的控制生长方法 | |
| CN100451181C (zh) | 利用原位掩膜进行外延生长氮化物单晶薄膜的方法 | |
| CN100395379C (zh) | 一种生长高结晶氮化铟单晶外延膜的方法 | |
| CN114717657B (zh) | 基于等离子体辅助激光分子束外延生长氧化镍单晶薄膜的方法 | |
| CN109285922A (zh) | 一种双波段长波长发光铟镓氮量子阱外延片及其制备方法 | |
| CN102560675A (zh) | 生长在LiGaO2衬底上的非极性InN薄膜及其制备方法 | |
| CN102817073A (zh) | 一种生长富In组分非极性A面InGaN薄膜的方法 | |
| CN102912315A (zh) | 一种InN基薄膜材料生长方法 | |
| CN111048403A (zh) | 一种氮化铝膜及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20091021 |