一种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法，涉及一种超晶格结构。利用界面引入超薄阻挡－补偿插层方法，在金属有机物MOCVD生长的GaN/AlGaN超晶格的界面进行特殊处理，有效阻挡高温下界面金属元素扩散效应，以获得超陡峭、对称界面，使量子阱更为接近方势阱，增强量子限制效应。它通过调控外延生长参数特别是组分参数以实现超薄阻挡－补偿对层的插入，在MOCVD生长同时即可完成界面超陡处理。运用该方法外延生长的GaN/AlGaN超晶格结构的界面陡峭度可提高35％以上，克服了不同界面陡峭度的不对称性，大大提高了异质界面的质量，并使超晶格发光效率得到有效提升。
【技术实现步骤摘要】
—种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法领域本专利技术涉及一种超晶格结构，尤其是涉及采用阻挡插层的。背景方法作为第三代半导体的主要材料体系，III族氮化物由InN、GaN, AlN三种直接带隙化合物半导体及其组分连续可调的三元、四元合金组成，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.2eV连续可调，覆盖了从红外到紫外的波长范围，是迄今禁带宽度调制范围最宽的半导体体系，并具有禁带宽度大、电子迁移率高、介电常数小、电子有效质量较小等一系列优异的物理、化学性质。其材料特性使得它在光电子领域有着重要的应用前景。近年来，III族氮化物基光电器件已得到迅速发展，并在半导体照明、高功率微波方法等领域取得重要成果，并得以广泛应用。作为光电子器件的核心功能部件之一——异质结构，如量子阱，超晶格等重要功能性结构，自然对于器件的性能和质量起到决定性的关键作用，也因此受到特别的关注。制备高质量的半导体超晶格成为III族氮化物基光电器件的关键科学问题和难题之一 O由于III族氮化物基光电器件普遍采用的蓝宝石衬底与上面的(Al)GaN外延层，存在较大的晶格和热失配，同时，制备高晶体质量的高Al组分AlGaN外延层还存在较大的困难，这些方面的问题严重制约了(Al)GaN基异质结构质量和性能的进一步快速发展。对于超晶格结构而言，其异质界面的质量和陡峭程度，在整个结构中占着最为至关重要的地位，界面质量的好坏直接决定该超晶格结构的光电性能。比如，陡峭的界面就可以获得更强的量子限制效应，光电转换效率也就可以更好的提升，这就将大大地提升相关器件的整体性倉泛。近年来，在有关的报道(1:D.B.Li, M.Aoki, T.Katsuno, H.Miyake, K.Hiramatsu, and T.Shibata, J.Cryst.Growth298, 500 (2007).2:Y.T.Moon, D.J.Kim, K.M.Song, D.ff.Kim, M.S.Yi, D.Y.Noh, and S.J.Park, J.Vac.Sc1.Technol.,B18, 2631(2000).)中，在异质界面生长过程中采用中断吹氨方法可以在一定程度上改善界面的质量，提高界面平整度，从而提高超晶格界面的质量。经过深入表征实验表明，虽然采用该方法在一定程度上可以改善AlGaN/GaN界面(即GaN上界面)的平整性，但对于GaN/AlGaN (即GaN下界面)界面却有陡峭度的不良影响，最终会导致上下界面的陡峭程度不对称现象，这一问题说明在高温生长条件下，Al元素在界面处的扩散现象是十分可观而难以消弭的，如何阻挡该扩散、减小扩散深度成为方法上的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供采用阻挡插层的。本专利技术包括以下步骤:I)将蓝宝石衬底置于反应室内，在H2气氛下净化表面，通入Ga的反应源和NH3,在蓝宝石衬底上依次沉积GaN低温缓冲层和GaN高温缓冲层；2 )在GaN高温缓冲层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的GaN阱层，沉积完后，关闭Ga的反应源，对GaN阱层的表面在NH3气氛下进行吹扫处理；3)通入Al和Ga的反应源，在GaN阱层上沉积AlGaN超薄阻挡层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN阻挡层在NH3气氛下进行吹扫处理；4)通入Al和Ga的反应源，在AlGaN阻挡层上沉积超薄的Al组分高于AlGaN垒层设计组分的AlGaN补偿层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN补偿层在NH3气氛下进行吹扫处理；5)通入Al和Ga的反应源，在AlGaN补偿层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的AlGaN垒.层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN鱼层在NH3气氛下进行吹扫处理；6)重复上述步骤2)到步骤5)若干次，直到完成周期性的GaN/AlGaN超晶格的制备;7)在超晶格的表面覆盖上GaN盖层，若在超晶格结构之上，还设计有其他导电层结构，盖层可以不使用；8)利用XRD和AES测试手段对采用和未采用超薄阻挡补偿插层方法生长的超晶格进行对比评价。在步骤I)中，所述在H2气氛下净化表面的净化时间可为5 20min ;所述Ga的反应源可采用TMGa或者TEGa ;所述沉积GaN低温缓冲层的温度可为500 600°C，所述沉积GaN高温缓冲层的温度可为900 1100°C ;所述GaN低温缓冲层的厚度可为10 50nm，所述GaN高温缓冲层的厚度可为I 3 μ m。在步骤2)中，所述沉积GaN阱层的温度可为1000 1100°C ;所述GaN阱层的厚度可为2 5nm ;所述吹扫处理的时间可为O 5s。在步骤3)中，所述沉积AlGaN超薄阻挡层的温度可为1000 1200°C ;所述Al和Ga的反应源可为TMGa和TMAl或者TEGa和TEAl ;所述AlGaN超薄阻挡层的Al组分小于垒层设计组分10 20%，AlGaN超薄阻挡层的厚度可为0.2 0.5nm ;所述在NH3气氛下进行吹扫处理的时间可为I 2s。在步骤4)中，所述Al和Ga的反应源可为TMGa和TMAl或者TEGa和TEAl ;所述AlGaN超薄补偿层的厚度可为0.2 0.5nm ;所述AlGaN补偿层的Al组分可高于垒层设计组分5% 15% ;所述在NH3气氛下进行吹扫处理的时间可为I 2s。在步骤5)中，所述Al和Ga的反应源可为TMGa和TMAl或者TEGa和TEAl ;所述AlGaN垒层的Al组分可为30% 60% ;所述AlGaN垒层可为2 5nm ;所述在NH3气氛下进行吹扫处理的时间可为5 10s。在步骤6)中，所述周期性的GaN/AlGaN超晶格的周期数可为10 50个。在步骤7)中，所述GaN盖层的厚度可为5 10nm。本专利技术最主要的关键特点是:可以获得超陡峭、对称界面。它主要利用界面引入超薄阻挡一补偿插层方法，在MOCVD方法生长的GaN/AlGaN超晶格的界面进行特殊处理，有效阻挡高温下界面金属元素扩散效应，以获得超陡峭、对称界面，使量子阱更为接近方势阱，增强量子限制效应。它通过调控外延生长参数特别是组分参数以实现超薄阻挡一补偿对层的插入方法，在MOCVD生长同时即可完成界面超陡处理，方法简单、灵活、可操作性强。而且更为重要的是它适用于各类AlGaN基超晶格、量子阱结构，运用范围广，实用性高。本专利技术针对GaN/AlGaN超晶格结构不同界面提供不同生长中断处理改善异质界面的质量，通过在异质界面处插入超薄的阻挡一补偿对层，实现有效阻挡界面元素互扩散现象，获得闻对称的超陆峭超晶格。附图说明图1为GaN/AlGaN采用超薄阻挡-补偿插层方法的超晶格结构示意图。图2为超薄阻挡一补偿插层方法提高异质界面陡峭度的机理示意图。首先在GaN层生长完毕后，插入一超薄的低Al组分阻挡层；继而再插入一超薄的高Al组分补偿层，最后进入AlGaN垒层的生长。图3为采用超薄阻挡一补偿插层方法和未采用该方法制备的GaN/AlGaN超晶格结构的XRD比较图。在图3中，横坐标为2 Θ (° )，纵坐标为强度(a.u)。图4为采用超薄阻挡一补偿插层方法和未采用该方法制备的GaN/AlGaN超晶格结构的AES测量结果比较图。在图4中，左图为未采用超薄阻挡补偿插层方法制备的GaN/AlGaN本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将蓝宝石衬底置于反应室内，在H2气氛下净化表面，通入Ga的反应源和NH3，在蓝宝石衬底上依次沉积GaN低温缓冲层和GaN高温缓冲层；2）在GaN高温缓冲层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的GaN阱层，沉积完后，关闭Ga的反应源，对GaN阱层的表面在NH3气氛下进行吹扫处理；3）通入Al和Ga的反应源，在GaN阱层上沉积AlGaN超薄阻挡层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN阻挡层在NH3气氛下进行吹扫处理；4）通入Al和Ga的反应源，在AlGaN阻挡层上沉积超薄的Al组分高于AlGaN垒层设计组分的AlGaN补偿层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN补偿层在NH3气氛下进行吹扫处理；5）通入Al和Ga的反应源，在AlGaN补偿层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的AlGaN垒层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN垒层在NH3气氛下进行吹扫处理；6）重复上述步骤2）到步骤5）若干次，直到完成周期性的GaN/AlGaN超晶格的制备；7）在超晶格的表面覆盖上GaN盖层，若在超晶格结构之上，还设计有其他导电层结构，盖层可以不使用；8）利用XRD和AES测试手段对采用和未采用超薄阻挡补偿插层方法生长的超晶格进行对比评价。...
【技术特征摘要】
1.一种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将蓝宝石衬底置于反应室内，在H2气氛下净化表面，通入Ga的反应源和NH3,在蓝宝石衬底上依次沉积GaN低温缓冲层和GaN高温缓冲层； 2)在GaN高温缓冲层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的GaN阱层，沉积完后，关闭Ga的反应源，对GaN阱层的表面在NH3气氛下进行吹扫处理； 3)通入Al和Ga的反应源，在GaN阱层上沉积AlGaN超薄阻挡层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN阻挡层在NH3气氛下进行吹扫处理； 4)通入Al和Ga的反应源,在AlGaN阻挡层上沉积超薄的Al组分高于AlGaN鱼层设计组分的AlGaN补偿层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN补偿层在NH3气氛下进行吹扫处理； 5)通入Al和Ga的反应源，在AlGaN补偿层上沉积GaN/AlGaN超晶格中的AlGaN垒层，沉积完后，关闭Al和Ga的反应源，对AlGaN鱼层在NH3气氛下进行吹扫处理； 6)重复上述步骤2)到步骤5)若干次，直到完成周期性的GaN/AlGaN超晶格的制备； 7)在超晶格的表面覆盖上GaN盖层，若在超晶格结构之上，还设计有其他导电层结构，盖层可以不使用； 8)利用XRD和AES测试手段对采用和未采用超薄阻挡补偿插层方法生长的超晶格进行对比评价。2.如权利要求1所述一种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述在H2气氛下净化表面的净化时间为5 20min ;所述Ga的反应源可采用TMGa或TEGa。3.如权利要求1所述一种陡峭界面GaN/AlGaN超晶格的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述沉积GaN低温缓冲层的温度为500 600°C，所述沉积GaN高温缓冲层的温度为900 1100°C ;所述GaN低温缓冲层的厚度可为10 50nm，所述GaN高温缓冲层的厚度...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡端俊，陈小红，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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