利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，包括：步骤1：取一衬底；步骤2：采用MOCVD法生长非极性A面ZnO缓冲层；步骤3：采用MOCVD方法，通入铟源和氮源，在该非极性A面ZnO缓冲层上生长非极性A面InN薄膜；步骤4：关闭铟源，并在反应室温度降到300摄氏度以下关闭氮源，完成A面非极性InN薄膜的生长。本发明利用A面ZnO作为缓冲层以降低外延失配度，可以获得高质量的非极性A面InN薄膜，该方法可应用于高速微电子器件、发光二极管和太阳能电池中。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料和器件制备技术领域，尤其涉及一种利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，主要指利用非极性ZnO缓冲层来外延生长高质量的非极性InN薄膜。

背景技术

InN具有较窄的禁带宽度(0.7eV)和较小的电子有效质量(0.05m₀)，使其在高速微电子器件，发光二极管和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

目前研究较多的是利用C面InN薄膜制备光电器件。然而由于C面InN薄膜存在极化电场，会降低InN光电器件的光电效率。利用非极性的A面InN薄膜可以有效的解决这一问题。但是由于R面蓝宝石与A面InN薄膜直接存在着较大的晶格失配，直接外延生长不利于InN薄膜的二维联合生长，难以得到高质量的非极性InN薄膜。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，以生长出高质量的非极性A面InN薄膜。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，该方法包括：

步骤1：取一衬底；

步骤2：采用MOCVD法生长非极性A面ZnO缓冲层；

步骤3：采用MOCVD方法，通入铟源和氮源，在该非极性A面ZnO缓冲层上生长非极性A面InN薄膜；

步骤4：关闭铟源，并在反应室温度降到300摄氏度以下关闭氮源，完成A面非极性InN薄膜的生长。

上述方案中，步骤1中所述衬底为R面蓝宝石。

上述方案中，步骤2中所述采用MOCVD法生长非极性A面ZnO缓冲层，包括：先在600摄氏度下通氮气烘烤蓝宝石衬底10分钟，利用二乙基锌和氧气作为反应源，氮气做载气，在600摄氏度下生长非极性A面ZnO缓冲层，生长过程中反应室压力维持在76Torr，制得的非极性A面ZnO缓冲层随炉冷却至室温后取出。

上述方案中，步骤2中所述生长的非极性A面ZnO缓冲层，其厚度为10nm至100nm。

上述方案中，步骤3中所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，其生长温度为500℃至580℃。

上述方案中，步骤3中所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，其生长压强为760Torr。

上述方案中，步骤3中所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，采用的载气为氮气。

上述方案中，步骤3和步骤4中所述铟源是三甲基铟，所述氮源是氨气。

上述方案中，得到的A面非极性InN薄膜应用于微电子器件、发光二极管和太阳能电池中。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，由于ZnO缓冲层的存在，A面ZnO作为缓冲层以降低外延失配度，蓝宝石和InN薄膜间的大失配得到缓解，应力释放集中在ZnO缓冲层中，从而使InN薄膜的外延能够更好的以二维联合成膜的形式生长，最终获得高质量的非极性InN薄膜。

2、利用此技术生长出的A面InN薄膜的的X射线半高宽达到0.75°，经PL谱测试具有较好的光学性能。这些证明了此种方法生长非极性InN薄膜是可行且有效的。

附图说明

为了进一步说明本发明的特征和效果，下面结合附图和实施对本发明做进一步的说明，其中：

图1是本发明提供的利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法流程图；

图2是R面蓝宝石上生长的A面ZnO薄膜(a，b)和在其上后续生长的A面InN薄膜(c，d)的SEM表面及截面图；

图3是R面蓝宝石上以ZnO做缓冲层生长的A面InN薄膜样品的XRD图谱；其中(a)为θ-2θ扫描谱，而(b)为高分辨摇摆曲线(Rocking Curve)；

图4是R面蓝宝石上以ZnO做缓冲层生长的A面InN薄膜样品的PL图谱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，利用非极性ZnO缓冲层，采用MOCVD技术，具体包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：将该衬底放入氧化物MOCVD设备中，采用MOCVD法生长非极性A面ZnO缓冲层；

步骤3：采用MOCVD方法，通入铟源和氮源，在该非极性A面ZnO缓冲层上生长非极性A面InN薄膜；

步骤4：关闭铟源，并在反应室温度降到300摄氏度以下关闭氮源，完成A面非极性InN薄膜的生长。

其中，步骤1中所述衬底为R面蓝宝石。

步骤2中所述采用MOCVD法生长非极性A面ZnO缓冲层，包括：先在600摄氏度下通氮气烘烤蓝宝石衬底10分钟，利用二乙基锌和氧气作为反应源，氮气做载气，在600摄氏度下生长非极性A面ZnO缓冲层，生长过程中反应室压力维持在76Torr，制得的非极性A面ZnO缓冲层随炉冷却至室温后取出。所述生长的非极性A面ZnO缓冲层，其厚度为10nm至100nm。

步骤3中所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，其生长温度为500℃至580℃。所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，其生长压强为760Torr。所述采用MOCVD生长非极性A面InN薄膜，采用的载气为氮气。所述铟源是三甲基铟，所述氮源是氨气。

本发明得到的非极性InN薄膜可用于红外光学器件和电子器件。

基于图1所示的利用非极性ZnO缓冲层生长非极性InN薄膜的方法，本发明提供的具体实施例包括以下步骤：

1)选用R面蓝宝石作为衬底。

2)在生长氧化物的金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备中生长高质量的非极性A面ZnO薄膜；具体生长参数如下：生长温度为600摄氏度，反应室压力为76Torr，作为Zn源的二乙基锌(DEZn)的流量为32sccm，作为氧源的氧气的流量为1slm，载气用的是氮气，开源生长前先在600摄氏度下烘烤蓝宝石衬底十分钟。制得的ZnO薄膜随炉冷却至室温后取出。ZnO薄膜厚度约100nm(图2)。

3)将制得的A面ZnO薄膜放入氮化物MOCVD设备中作为衬底，并利用氮气做载气，三甲基铟和氨气为源生长非极性A面InN薄膜；具体工艺条件为：生长温度为580摄氏度，反应室压强为760Torr，三甲基铟(TMIn)的流量为200sccm，氨气(NH3)的流量为3slm，氮气作为载气，其流量为3slm，生长时间为40分钟。InN薄膜厚度约320nm(图2)。

4)关闭铟源，反应室温度降到300摄氏度以下关闭氨气，生长完后继续通入氨气的作用是抑制InN的高温热分解。

图3示出了R面蓝宝石上以ZnO做缓冲层生长的A面InN薄膜样品的XRD图谱；其中(a)为θ-2θ扫描谱，而(b)为高分辨摇摆曲线(RockingCurve)；图4示出了R面蓝宝石上以ZnO做缓冲层生长的A面InN薄膜样品的PL图谱。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。