CN113053731A - 镓金属薄膜的制作方法以及氮化镓衬底的保护方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种镓金属薄膜的制作方法，其中，利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜。还提供了一种氮化镓衬底的保护方法。本发明通过在衬底表面制作镓金属薄膜，能够防止衬底表面直接暴露于空气中。在这种情况下，在衬底上进行III‑V族半导体材料的外延生长时，衬底和外延生长的III‑V族半导体材料层之间形成的再生长界面就不会出现杂质元素的聚集现象，从而根本上解决了由III‑V族半导体材料制作的器件的漏电问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体地讲，涉及一种镓金属薄膜的制作方法以及氮化镓衬底的保护方法。
背景技术
氮化镓基III-V族半导体材料是重要的直接带隙的宽禁带半导体材料。由于其特有的带隙范围，优良的光、电学性质以及优异的材料机械和化学性能，在发光二极管(LED)、激光器(LD)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、探测器等领域具有重要的应用。
然而，在氮化镓衬底上进行III-V族半导体材料(例如氮化镓材料)的外延生长时，往往会使氮化镓衬底和外延生长的III-V族半导体材料层之间形成的再生长界面出现杂质元素的聚集现象，杂质元素的主要成分包括硅Si、氧O、碳C、氢H等杂质。由于这些杂质元素的聚集，会使再生长界面处的载流子浓度很高，因此，由III-V族半导体材料制作的器件的漏电问题会很严重。研究结果表明，再生长界面的杂质聚集主要是因保存过程中氮化镓衬底暴露于空气所导致的。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种镓金属薄膜的制作方法以及氮化镓衬底的保护方法。
根据本发明的实施例的一方面提供的一种镓金属薄膜的制作方法，其中，利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜包括：将衬底装载于金属有机化合物化学气相沉积设备的反应室的基座上；将所述反应室的温度加热至预定温度，并使所述基座以预定转速进行旋转；在所述预定温度以及所述预定转速下以预定气流量向所述反应室内通入镓源气体，以沉积形成镓金属薄膜。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，在所述将所述反应室内的温度加热至预定温度的同时，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜还包括：向所述反应室内通入氮气和氨气。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，在所述在所述预定温度下向所述反应室内通入镓源气体的同时，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜还包括：持续向所述反应室内通入氮气和氨气。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述向所述反应室内通入氮气和氨气，包括：通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第一气体通道向所述反应室通入氮气和氨气，且通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第二气体通道向所述反应室通入氮气，且通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第三气体通道向所述反应室通入氨气。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述在所述预定温度以及所述预定转速下向所述反应室内通入镓源气体，具体包括：在所述预定温度以及所述预定转速下通过所述第二气体通道向所述反应室通入镓源气体。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜，还包括：在保持所述预定转速和所述镓源气体的预定气流量的情况下，停止向所述反应室内通入氨气，并使所述预定温度降低至室温。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜，还包括：停止向所述反应室内通入所述镓源气体和所述氮气，并使所述基座停止旋转，再次向所述反应室通入氮气之后打开所述反应室，以取出制备完成的镓金属薄膜。
在上述一方面提供的镓金属薄膜的制作方法的一个示例中，所述镓源气体的预定气流量为42sccm～45sccm。
根据本发明的实施例的另一方面提供的一种氮化镓衬底的保护方法，其包括：利用上述的制作方法在氮化镓衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
有益效果：本发明通过在衬底表面制作镓金属薄膜，能够防止衬底表面直接暴露于空气中。在这种情况下，在衬底上进行III-V族半导体材料(例如氮化镓材料)的外延生长时，衬底和外延生长的III-V族半导体材料层之间形成的再生长界面就不会出现杂质元素的聚集现象，从而根本上解决了由III-V族半导体材料制作的器件的漏电问题。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的在衬底表面上镀制镓金属薄膜的方法流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
如背景技术中所述，再生长界面的杂质聚集主要是因保存过程中氮化镓衬底暴露于空气所导致的，因此为了防止氮化镓衬底直接暴露于空气，根据本发明的实施例提供了一种在衬底表面上镀制镓金属薄膜的方法，其包括：利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
因此，通过在衬底表面制作镓金属薄膜，能够防止衬底表面直接暴露于空气中。在这种情况下，在衬底上进行III-V族半导体材料(例如氮化镓材料)的外延生长时，衬底和外延生长的III-V族半导体材料层之间形成的再生长界面就不会出现杂质元素的聚集现象，从而根本上解决了由III-V族半导体材料制作的器件的漏电问题。
以下将结合附图来详细描述根据本发明的实施例的在衬底表面上镀制镓金属薄膜的方法。图1是根据本发明的实施例的在衬底表面上镀制镓金属薄膜的方法的流程图。在一个示例中，可以利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在衬底表面上镀制镓金属薄膜。
参照图1，在步骤S110中，将衬底装载于金属有机化合物化学气相沉积设备的反应室的基座上。
在一个示例中，所述衬底为氮化镓衬底。
在另一个示例中，在装载氮化镓衬底之前，需要对氮化镓衬底的表面进行清洁处理，去除氮化镓衬底表面吸附的杂质，并通过真空/高纯氮气手提箱将氮化镓衬底转移到金属有机化合物化学气相沉积设备的反应室内，避免氮化镓衬底沉积镓金属层之前表面已吸附聚集有杂质。
在步骤S120中，将所述反应室的温度加热至预定温度，并使所述基座以预定转速进行旋转。
在一个示例中，所述反应室中的所述预定温度为300℃～400℃，和/或所述反应室中的基座的所述预定转速为25rpm～35rpm，优选为30rpm。
在另一个示例中，在步骤S120中，在将所述反应室的温度加热至预定温度，并使所述基座以预定转速进行旋转的同时，向所述反应室内通入氮气和氨气。在一个示例中，金属有机化合物化学气相沉积设备可以包括三个气体通道，分别为第一气体通道、第二气体通道和第三气体通道。
在这种情况下，通过所述第一气体通道向所述反应室通入氮气和氨气，其中，氮气的气流量为14SLM(即1.4×104sccm)，氨气的气流量为5SLM(即5×103sccm)；通过所述第二气体通道向所述反应室通入氮气，其中，氮气的气流量为5SLM(即5×103sccm)；通过所述第三气体通道向所述反应室通入氨气，其中，氨气的气流量为15SLM(即1.5×104sccm)。
在步骤S130中，在所述预定温度以及所述预定转速下以预定气流量向所述反应室内通入镓源气体，以沉积形成镓金属薄膜。
在一个示例中，在所述预定温度以及所述预定转速下通过所述第二气体通道向所述反应室通入镓源气体。在一个示例中，所述镓源为三甲基镓气体。
在一个示例中，所述镓源气体的所述预定气流量为42sccm～45sccm。
在另一个示例中，在通入镓源气体的同时，通过所述第一气体通道、所述第二气体通道以及所述第三气体通道持续向反应室内通入氮气和氨气。因此，在这种情况下，通过第二气体通道同时向反应室内通入镓源气体和氮气。
在一个示例中，沉积形成镓金属薄膜的沉积时间为10min～15min。
在根据本发明的另一实施例中，在进行完上述的步骤S110、步骤S120以及步骤S130之后，在衬底的表面制作形成镓金属薄膜还包括：在保持所述预定转速和所述镓源气体的预定气流量的情况下，停止向所述反应室内通入氨气，并使所述预定温度降低至室温；停止向所述反应室内通入所述镓源气体和所述氮气，并使所述基座停止旋转，再次向所述反应室通入氮气之后打开所述反应室，以取出制备完成的镓金属薄膜。
在一个示例中，停止向所述反应室内通入氨气指的是停止所有向所述反应室内通入的氨气，即停止通过所述第一气体通道向所述反应室通入氨气，并停止通过所述第三气体通道向所述反应室通入氨气。
在一个示例中，停止向所述反应室内通入所述氮气指的是停止所有向所述反应室内通入的氮气，即停止通过所述第一气体通道向所述反应室通入氮气，并停止通过所述第二气体通道向所述反应室通入氮气。
因此，在根据本发明的实施例的在衬底表面上镀制镓金属薄膜的方法中，由于在氮化镓衬底的表面上形成了一层镓金属薄膜，因此氮化镓衬底在保存的过程中被隔绝了空气，避免了氮化镓衬底保存过程中引入的表面吸附杂质问题，因而从根本上解决了在氮化镓衬底上外延生长氮化镓时的出现的再生长界面杂质聚集的问题。
此外，根据本发明的实施例中利用金属有机化合物化学气相沉积设备在氮化镓衬底表面沉积镓金属薄膜层，通过镓金属薄膜层对氮化镓衬底进行钝化保护，制作过程中的设备环境要求较低，整体的制备成本也较低。在这种情况下，在衬底上进行III-V族半导体材料(例如氮化镓材料)的外延生长时，衬底和外延生长的III-V族半导体材料层之间形成的再生长界面就不会出现杂质元素的聚集现象，从而根本上解决了由III-V族半导体材料制作的器件的漏电问题。
在根据本发明的又一实施例中，利用根据上述的方法镀制有镓金属薄膜的氮化镓衬底进行外延生长半导体器件时，先将该氮化镓衬底置于生长腔室内，并且使生长腔室内的温度保持在1000℃～1100℃，并向所述生长腔室通入氢气和氨气，其中，气体通入的具体时间根据镓金属层的厚度而定。在这种情况下，可以使用气体(即氢气和氨气)将氮化镓衬底的镓金属薄膜层刻蚀去除。
氮化镓材料本身属于镓元素体系，因此，在使用所述氮化镓衬底进行外延生长时，只要在生长室腔中控制相应条件就可以很方便地将镓元素去除，不会影响外延生长的晶体的质量。
根据本发明的再一实施例再提供了一种氮化镓衬底的保护方法，其包括：利用上述的制作方法(图1所示的制作方法)在氮化镓衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
上述对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。
本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
Claims (10)
1.一种镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
2.根据权利要求1所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜，包括：
将衬底装载于金属有机化合物化学气相沉积设备的反应室的基座上；
将所述反应室的温度加热至预定温度，并使所述基座以预定转速进行旋转；
在所述预定温度以及所述预定转速下以预定气流量向所述反应室内通入镓源气体，以沉积形成镓金属薄膜。
3.根据权利要求2所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，在所述将所述反应室内的温度加热至预定温度的同时，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜还包括：向所述反应室内通入氮气和氨气。
4.根据权利要求3所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，在所述在所述预定温度下向所述反应室内通入镓源气体的同时，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜还包括：持续向所述反应室内通入氮气和氨气。
5.根据权利要求3或4所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述向所述反应室内通入氮气和氨气，包括：通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第一气体通道向所述反应室通入氮气和氨气，且通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第二气体通道向所述反应室通入氮气，且通过所述金属有机化合物化学气相沉积设备的第三气体通道向所述反应室通入氨气。
6.根据权利要求5所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述在所述预定温度以及所述预定转速下向所述反应室内通入镓源气体，具体包括：在所述预定温度以及所述预定转速下通过所述第二气体通道向所述反应室通入镓源气体。
7.根据权利要求2所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜，还包括：
在保持所述预定转速和所述镓源气体的预定气流量的情况下，停止向所述反应室内通入氨气，并使所述预定温度降低至室温。
8.根据权利要求7所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述利用金属有机化学气相沉积法在衬底的表面制作形成镓金属薄膜，还包括：
停止向所述反应室内通入所述镓源气体和所述氮气，并使所述基座停止旋转，再次向所述反应室通入氮气之后打开所述反应室，以取出制备完成的镓金属薄膜。
9.根据权利要求2所述的镓金属薄膜的制作方法，其特征在于，所述镓源气体的预定气流量为42sccm～45sccm。
10.一种氮化镓衬底的保护方法，其特征在于，包括：利用权利要求1至9任一项所述的制作方法在氮化镓衬底的表面制作形成镓金属薄膜。
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