基于二硫化锡和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法

摘要

本发明公开了一种基于二硫化锡和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法，主要用于改善氮化镓材料质量。其生长步骤是：(1)制备二硫化锡过渡层；(2)磁控溅射氮化铝过渡层；(3)热处理；(4)生长氮化铝缓冲层；(5)生长低V‑Ш比氮化镓层；(6)生长高V‑Ш比氮化镓层。本发明的氮化镓薄膜的优点在于，结合了二硫化锡和磁控溅射氮化铝，材料质量好，适用衬底范围大，可用于制作高性能的氮化镓基器件。

主权项

一种基于二硫化锡和磁控溅射氮化铝的氮化镓薄膜生长方法，包括如下步骤：(1)制备二硫化锡过渡层：(1a)分别将A、B、C、D四个石英安瓿用10％的氢氟酸清洗之后彻底干燥,将锡颗粒放入A石英安瓿中，硫晶体放入B石英安瓿中，碘颗粒放入C石英安瓿中，之后密封A、B、C、D四个石英安瓿；(1b)将A、B、C三个石英安瓿放入两段式石英反应炉的前段中，将D石英安瓿放入两段式石英反应炉的后段中并打开A、B、C、D四个石英安瓿，之后密封两段式石英反应炉抽真空；(1c)将两段式石英反应炉前段温度升至700℃，后段温度升至650℃，两段式石英反应炉前段的A石英安瓿中的锡和B石英安瓿中的硫，在高温下反应，经C石英安瓿中的碘输运，持续12h后关闭两段式石英反应炉，冷却至室温，在两段式石英反应炉后段的D石英安瓿中生成片状二硫化锡晶体；(1d)打开两段式石英反应炉，取出两段式石英反应炉后段中的D石英安瓿中反应得到的片状二硫化锡晶体，用丙酮和去离子水冲洗后干燥；(1e)将衬底用丙酮和去离子水预处理后烘干，将片状二硫化锡晶体放在透明胶的机械剥离机上，机械剥离成二硫化锡纳米薄膜，将二硫化锡纳米薄膜转移到预处理后的衬底上，得到覆盖二硫化锡过渡层的衬底；(2)磁控溅射氮化铝过渡层：(2a)将覆盖二硫化锡过渡层的衬底置于磁控溅射反应系统中，调节磁控溅射反应系统的反应室压力至1Pa，向反应室中通入氮气和氩气5min；(2b)以5N纯度的铝为靶材，采用射频磁控溅射工艺，向覆盖二硫化锡过渡层的衬底上溅射氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝过渡层的基板；(3)热处理：(3a)将溅射氮化铝过渡层的基板置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，向金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室通入氢气与氨气的混合气体5min；(3b)通入氢气与氨气的混合气体5min后，将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室加热到600℃，对溅射氮化铝过渡层的基板进行20min热处理，得到热处理后的基板；(4)生长氮化铝缓冲层：(4a)保持金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室压力为40Torr，将温度升到1050℃，依次通入氢气与氨气和铝源；(4b)在氢气与氨气和铝源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积法MOCVD在热处理后的基板上生长氮化铝缓冲层，得到氮化铝基板；(5)生长低V‑Ш比氮化镓层：(5a)将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室压力降为20Torr，温度降到1000℃，依次通入氢气、氨气和镓源；(5b)在氢气、氨气和镓源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积MOCVD在氮化铝基板上生长氮化镓外延层，得到生长有低V‑Ш比氮化镓层的基板；(6)生长高V‑Ш比氮化镓层：(6a)保持金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室温度为1000℃，将压力升高到为40Torr，依次通入氢气、氨气和镓源；(6b)在氢气、氨气和镓源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积MOCVD法，在生长有低V‑Ш比氮化镓层的基板上生长高V‑Ш比氮化镓层；(6c)将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室温度降至室温后取出样品，得到氮化镓薄膜。