一種使用兩步法生長光電材料和器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種生長光電材料和器件的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]現(xiàn)有的光電材料和器件的生長主要有:分子束外延(Molecular Beam Epitaxy縮寫為MBE)，金屬有機物化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapour Deposit1n縮寫為MOCVD)和磁控派射(Magnetron Sputtering)進行外延材料和器件的生長。其中分子束外延要求條件苛刻，需要極高的真空度，襯底材料和生長成本極高，一般用在特殊的技術(shù)領(lǐng)域并且設(shè)備的控制和材料的研制尚處于研發(fā)階段而不能用作為穩(wěn)定的量產(chǎn)；金屬有機物化學(xué)氣相沉積目前已經(jīng)批量生產(chǎn)并廣泛用于各種光電器件的制造量產(chǎn)中，制造成本較低并且過程可控，但是由于低溫成核的質(zhì)量較難控制而晶體質(zhì)量提升困難；磁控濺射技術(shù)成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現(xiàn)極低成本的低溫成核大面積鍍膜但是材料的質(zhì)量較差而不能用于光電器件的量產(chǎn)。
[0003]但在實際的外延生長中，由于襯底材料和后續(xù)生長的材料并非相同材料就會需要一層低溫可控的成核層(或者叫緩沖層)作為緩沖來進行后續(xù)的外延生長，成核層晶體質(zhì)量并非關(guān)鍵因素，而是其過程低溫可控并可以均勻大面積生長對后續(xù)的過程控制影響更加明顯。此技術(shù)磁控濺射可以輕易實現(xiàn)，但金屬有機物化學(xué)氣相沉積技術(shù)的低溫成核能力卻很差，不能得到成核層所需求均勻一致并且過程可控的低溫薄膜層。
[0004]為此也已經(jīng)有很多的研宄，最早的如中國專利申請200910069330.5《高迀移率絨面結(jié)構(gòu)Μ0/ΖΝ0復(fù)合薄膜及太陽電池應(yīng)用》就是利用磁控濺射技術(shù)和MOCVD技術(shù)相結(jié)合生長高迀移率絨面結(jié)構(gòu)頂0/ΖΝ0薄膜的方法及太陽電池應(yīng)用，其首先利用濺射技術(shù)玻璃襯底上生長一層高迀移透明導(dǎo)電薄膜；其次利用MOCVD技術(shù)生長低組分B摻雜ZNO薄膜，其利用的為不同技術(shù)可以生長不同材料的特點進行組合設(shè)計；如中國專利申請201410414711.3《磁控濺射輔助的MOCVD裝置及方法》已經(jīng)開始嘗試兩者的結(jié)合，其設(shè)計在于從設(shè)備層面進行組合設(shè)計，改造的幅度較大而尚無法直接市場化使用。而中國專利申請201310360807.1《用于制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法》已經(jīng)提出用于制造第III族氮化物半導(dǎo)體的方法，在藍寶石圖案化，然后在氫或氮氣氛中對圖案化的藍寶石襯底進行熱處理，之后通過磁控濺射在藍寶石襯底表面上形成AlN緩沖層，最后在緩沖層上通過MOCVD繼續(xù)后續(xù)的外延生長，此技術(shù)已經(jīng)開始嘗試磁控濺射和MOCVD技術(shù)的結(jié)合。此技術(shù)在圖形化襯底上使用磁控濺射生長AlN緩沖層而后使用MOCVD進行后續(xù)的生長已經(jīng)利用兩種設(shè)備的優(yōu)勢組合部分解決材料之間生長的問題。但是對于單晶材料的生長而言，原有的緩沖層一般為多晶或者非晶材料，即使為單晶材料晶體質(zhì)量和品質(zhì)也無法保證后續(xù)的單晶外延生長需要。
[0005]本發(fā)明提出了在MOCVD外延生長之前先把之前已生長的緩沖層材料先經(jīng)過高溫處理使多晶或者非晶材料發(fā)生二次再結(jié)晶，之后通過此二次再結(jié)晶的晶核作為成核中心進行外延即可得到較高質(zhì)量的單晶材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明綜合利用磁控濺射技術(shù)和金屬有機物化學(xué)氣相沉積技術(shù)，針對目前技術(shù)實現(xiàn)上低溫成核的質(zhì)量較難控制而晶體質(zhì)量提升困難的問題進行了深入研宄和改進，提出一種兩步法生長光電材料和器件的方法。
[0007]本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下:
[0008]首先利用磁控濺射在襯底上外延與襯底材料不同而與后續(xù)外延材料晶格失配度〈10%的材料，作為后續(xù)生長的成核層，，該材料為多晶或非晶(而非單晶材質(zhì))，厚度在Inm-1Oum ；
[0009]然后把生長了成核層的襯底送入MOCVD設(shè)備內(nèi)，溫度為700-1250度，壓力為0-1040mbar進行高溫處理后，再進行后續(xù)的器件結(jié)構(gòu)生長。
[0010]上述襯底為單一的耐高溫單晶材料或者至少一層為單晶的復(fù)合材料，材料耐溫在1250度以上。
[0011]上述襯底可以是平面襯底，也可以是表面經(jīng)過圖形化處理的襯底，以利于出光。
[0012]上述磁控濺射形成的成核層可以是均一組分材料，也可以是漸變組分材料，還可以依次采用不同的材料進行磁控濺射形成多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0013]其中均一組分材料如組分含量恒定的的InN、GaN, A1N、InGaN, InAlN, AlGaN或者InAlGaN ；
[0014]漸變組分材料如InGaN、InAIN、AlGaN或者InAlGaN，但其中相應(yīng)的Al組分、In組分在生長過程為組分漸變生長(對于InAlN和InAlGaN，既可以只是Al組分和In組分之一漸變生長，也可以Al組分和In組分均漸變生長)；
[0015]多層不同材料復(fù)合結(jié)構(gòu)如InN、GaN、AlN、InGaN、InAIN、AlGaN和InAlGaN中的至少兩種材料形成多層組合結(jié)構(gòu)或者其中的兩種配對周期生長形成超晶格結(jié)構(gòu)。
[0016]對襯底上磁控濺射成核層之后的復(fù)合結(jié)構(gòu)(襯底+成核層)可以作進一步處理加工，如刻蝕成為僅保留部分成核層的具有不同形狀表面的結(jié)構(gòu)(如圖形襯底形貌)，從而進一步減少成核中心進而減少缺陷，提升亮度。
[0017]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0018]本發(fā)明利用磁控濺射的低溫成核技術(shù)在襯底上進行一次生長之后得到一層質(zhì)量較差但可控的低溫成核層，該成核層的晶格常數(shù)和后續(xù)生長材料晶格失配度〈10%，生長后的襯底和低溫成核層轉(zhuǎn)移進入金屬有機物化學(xué)氣相沉積設(shè)備進行二次處理和后續(xù)生長即可得到晶體質(zhì)量較大提升的材料和光電器件。如此結(jié)合成本可以大幅度降低，而且由于磁控濺射設(shè)備的低溫成核層的可控生長結(jié)合后續(xù)金屬有機物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的高溫可控生長，晶體質(zhì)量可以得到大幅度的提升，從而明顯提高材料品質(zhì)和器件的效率。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料晶體質(zhì)量得到較大的提升，原有的材料XRD衍射晶面半寬降低25%左右，同時光電轉(zhuǎn)換效率提升10% -30% ;同時由于一次成核在磁控濺射設(shè)備內(nèi)完成，而量產(chǎn)的金屬有機物化學(xué)氣相沉積產(chǎn)能可以提升10%以上，整體成本綜合考量大約降低5%以上。
【附圖說明】
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[0020]圖1是磁控濺射和金屬有機物化學(xué)氣相沉積技術(shù)結(jié)合的兩步法生長光電材料和器件的方法流程圖。