專利名稱：在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料，尤其涉及一種使用金屬銀過(guò)渡層在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，硅已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛、最成熟的半導(dǎo)體材料。基于硅材料的各種半導(dǎo)體器件成為了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步的強(qiáng)大動(dòng)力。然而由于硅為間接帶隙的半導(dǎo)體材料，迄今為止硅在發(fā)光器件方面的應(yīng)用還非常有限。為了把硅和發(fā)光器件結(jié)合起來(lái)，在硅襯底上生長(zhǎng)發(fā)光半導(dǎo)體薄膜被認(rèn)為是一種可行的辦法。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體發(fā)光材料一般使用比較昂貴的襯底進(jìn)行生長(zhǎng)，如藍(lán)寶石、砷化鎵、磷化鎵、碳化硅等。而近年來(lái)發(fā)展迅速的銦鎵鋁氮和鋅鎂鎘氧等短波長(zhǎng)發(fā)光材料則大多使用藍(lán)寶石襯底進(jìn)行。藍(lán)寶石襯底的另一重大缺點(diǎn)是不導(dǎo)電，這為器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工，以及器件的可靠性帶來(lái)很多問(wèn)題。因此尋找便宜、導(dǎo)電、易加工的襯底是當(dāng)前半導(dǎo)體發(fā)光材料，尤其是短波長(zhǎng)發(fā)光材料研究的重要課題?；谶@兩方面的需要，在硅襯底上生長(zhǎng)化合物發(fā)光半導(dǎo)體材料成為一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題。然而，由于硅表面容易跟V族和VI族氣體反應(yīng)形成無(wú)定型的覆蓋層，這樣在發(fā)光半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)前就形成了一層不利于生長(zhǎng)的表面層，而且這些表面覆蓋層很難去除，所以嚴(yán)重影響后續(xù)材料生長(zhǎng)。例如在銦鎵鋁氮材料生長(zhǎng)前容易形成無(wú)定型氮化硅層，鋅鎂鎘氧材料生長(zhǎng)前容易形成無(wú)定型氧化硅層。為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在銦鎵鋁氮材料或鋅鎂鎘氧材料生長(zhǎng)前在硅表面形成一層鋁過(guò)渡層，可以基本解決這個(gè)問(wèn)題。然而由于鋁是一種非?；顫姷慕饘?，不太穩(wěn)定，給制備工藝帶來(lái)困難，而且可能帶來(lái)器件可靠性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法，該方法可以保護(hù)襯底表面不與生長(zhǎng)氣氛接觸，從而防止在銦鎵鋁氮材料或鋅鎂鎘氧材料生長(zhǎng)前形成無(wú)定型氮化層或氧化層，提高薄膜質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法，特征是首先在硅襯底表面形成一層銀過(guò)渡層，然后在銀過(guò)渡層上形成半導(dǎo)體薄膜。
所述的半導(dǎo)體薄膜的成份為銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)或鋅鎂鎘氧(ZnxMgyCd1-x-y0，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)。
所述的銀過(guò)渡層的厚度大于2埃且小于50埃。
在所述的銀過(guò)渡層和所述的半導(dǎo)體薄膜之間還可以具有一層或多層由金屬鋁、鈦或鋁鈦合金形成的金屬過(guò)渡層。
本發(fā)明是在硅(111)襯底上形成一層金屬銀過(guò)渡層，由于銀在硅(111)表面具有良好的浸潤(rùn)性，銀很容易把硅表面鋪滿，這樣就保護(hù)襯底表面不與生長(zhǎng)氣氛接觸而反應(yīng)生成無(wú)定型的覆蓋層。并且硅(111)表面形成的銀膜一般具有(111)取向，因此該過(guò)渡層可以繼承硅(111)表面的原子排列。銦鎵鋁氮和鋅鎂鎘氧材料都具有六方對(duì)稱的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定生長(zhǎng)面為(0001)面，要求襯底具有六方對(duì)稱的晶格排列。因此銀過(guò)渡層具有(111)表面有利于后續(xù)生長(zhǎng)得到高的晶體質(zhì)量。
銀過(guò)渡層厚度不能太厚也不能太薄，太薄了不能有效的保護(hù)硅表面，太厚了不能繼承硅表面的原子排列，不能維持長(zhǎng)程有序，因此不利于后續(xù)發(fā)光半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)。銀過(guò)渡層的厚度范圍為2-50，優(yōu)選為5-20。銀過(guò)渡層的形成方法可以是氣相沉積、真空蒸發(fā)、磁控濺射，以及其它常見(jiàn)的鍍膜方法。該過(guò)渡層可以是預(yù)先形成然后放入發(fā)光半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)室中，也可以在發(fā)光半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)室中在線形成。
本發(fā)明所述的發(fā)光半導(dǎo)體材料是銦鎵鋁氮材料和鋅鎂鎘氧材料。它們可以是單層材料也可以是疊層材料，還可以在這些材料中摻雜。所述的發(fā)光半導(dǎo)體材料可以具有如p-n結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、量子阱等微結(jié)構(gòu)以制作發(fā)光器件。生長(zhǎng)銦鎵鋁氮材料和鋅鎂鎘氧材料的方法，可以采用任何已經(jīng)公開(kāi)的生長(zhǎng)技術(shù)，如化學(xué)氣相沉積，分子束外延，鹵化物氣相外延等等。為了獲得高的晶體質(zhì)量，一般還需要采用二步法生長(zhǎng)，即先生長(zhǎng)一層低溫半導(dǎo)體緩沖層，然后再升高溫度生長(zhǎng)外延層和器件制造所需要的微結(jié)構(gòu)。在發(fā)光半導(dǎo)體材料和銀過(guò)渡層之間還可以插入別的金屬過(guò)渡層，如鋁、鈦、鎂等。
因此本發(fā)明具有可以保護(hù)襯底表面不與生長(zhǎng)氣氛接觸、從而防止在銦鎵鋁氮材料或鋅鎂鎘氧材料生長(zhǎng)前形成無(wú)定型氮化硅層、提高薄膜質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1在硅(111)襯底上制備的銦鎵鋁氮外延材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是硅襯底，2是銀過(guò)渡層，3是氮化鋁低溫緩沖層，4是銦鎵鋁氮疊層。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2在硅(111)襯底上制備的鋅鎂鎘氧外延材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1是硅襯底，2是銀過(guò)渡層，3是氧化鋅低溫緩沖層，4是氧化鋅外延層，5是鋁過(guò)渡層。
具體實(shí)施例方式下面用2個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1參考圖1。把一個(gè)硅(111)襯底1清洗干凈，放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸鍍10的銀金屬膜即銀過(guò)渡層2，然后把蒸有銀過(guò)渡層2的襯底1放入一金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室，首先在1050℃用氫氣對(duì)襯底1表面進(jìn)行5分鐘處理，接著在800℃下生長(zhǎng)200的氮化鋁低溫緩沖層3，然后再升高溫度生長(zhǎng)銦鎵鋁氮半導(dǎo)體疊層4。該銦鎵鋁氮半導(dǎo)體疊層4中依次包含未摻雜氮化鎵層、摻硅氮化鎵層、銦鎵氮/氮化鎵多量子阱層、氮化鎵摻鎂層。
實(shí)施例2參考圖2。把一個(gè)硅(111)襯底1清洗干凈，放入一金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，首先在1000℃下用氫氣處理襯底5分鐘。然后降溫到200℃沉積20的銀金屬膜即銀過(guò)渡層2，接著在200℃下沉積10的鋁過(guò)渡層5。同樣在200℃下在鋁過(guò)渡層5上生長(zhǎng)300的氧化鋅低溫緩沖層3，然后再升高溫度到700℃生長(zhǎng)氧化鋅外延層4。
權(quán)利要求
1.一種在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于首先在硅襯底表面形成一層銀過(guò)渡層，然后在銀過(guò)渡層上形成半導(dǎo)體薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的在硅襯底上制備銦鎵鋁氮薄膜的方法，其特征在于所述的半導(dǎo)體薄膜的成份為銦鎵鋁氮(InxGayAl1-x-yN，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)或鋅鎂鎘氧(ZnxMgyCd1-x-yO，0＜＝x＜＝1，0＜＝y(tǒng)＜＝1)。
3.如權(quán)利要求1所述的在硅襯底上制備銦鎵鋁氮薄膜的方法，其特征在于所述的銀過(guò)渡層的厚度大于2埃且小于50埃。
4.如權(quán)利要求1所述的在硅襯底上制備銦鎵鋁氮薄膜的方法，其特征在于在所述的銀過(guò)渡層和所述的半導(dǎo)體薄膜之間還可以具有一層或多層由金屬鋁、鈦或鋁鈦合金形成的金屬過(guò)渡層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在硅襯底上制備高質(zhì)量發(fā)光半導(dǎo)體薄膜的方法，它首先在硅襯底表面形成一層銀過(guò)渡層，然后在銀過(guò)渡層上形成半導(dǎo)體薄膜。所述的半導(dǎo)體薄膜的成分為銦鎵鋁氮(In
文檔編號(hào)H01L33/32GK1801500SQ20051011056
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者江風(fēng)益, 邵碧琳, 王立, 方文卿 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)