一种表面修饰III-V族氮化物材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及光电半导体器件，尤其涉及一种表面修饰iii-v族氮化物材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、iii-v族氮化物半导体材料，如氮化铝镓(algan)和氮化铟镓(ingan)等，在光电子器件领域中具有重要应用，如光电二极管(leds)和激光二极管(lds)。氮化物材料的表面特性和材料性能对于光电器件的性能至关重要。为了改善这些材料的性能，尤其是在高功率和高温度应用中，表面修饰变得至关重要。

2、传统上，表面修饰主要依赖于化学气相沉积(cvd)和分子束外延(mbe)等技术，以生长所需的薄膜和异质结构。然而，这些方法在改善氮化物材料的特定属性方面存在一些挑战，如杂质控制、界面质量和表面状态。这些问题可能会限制光电器件的性能和稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种表面修饰iii-v族氮化物材料及其制备方法和应用。通过在iii-v族氮化物材料(如gan、aln、inn或其合金)的表面引入硅基团，通过硅基团的引入，实现了对材料表面的修饰和功能化。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种表面修饰iii-v族氮化物材料的制备方法，所述制备方法包括：

3、对iii-v族氮化物材料进行表面清洁，放入气相沉积设备的反应室中；其中，所述iii-v族氮化物材料包括gan、aln、inn中的任一种或其合金；

4、向所述反应室中通入氢气，调整反应室的压力至设定压力，并升温至设定的反应温度，稳定一段时间，使所述iii-v族氮化物材料表面预氢化；

5、将气态的硅源通入所述反应室中，在所述反应温度和设定压力下，使所述气态的硅源与所述表面预氢化的iii-v族氮化物材料的表面氢原子发生置换反应，使得si与iii族元素在iii-v族氮化物材料的表面成键，从而将硅基团引入iii-v族氮化物材料的表面；所述气态的硅源包括有机硅源或无机硅源；

6、反应结束后，降温至室温并取出物料，得到所述表面修饰iii-v族氮化物材料。

7、优选的，所述气相沉积设备为常压化学气相沉积设备或低压化学气相沉积设备。

8、进一步优选的，所述合金包括：氮化铝镓algan或氮化铟镓ingan中的一种。

9、优选的，有机硅源包括三甲基硅烷或甲硅烷sih4；所述无机硅源为氯化硅。

10、优选的，对iii-v族氮化物材料进行表面清洁具体包括：

11、将所述iii-v族氮化物材料的基片使用丙酮和乙醇依次进行清洗，清洗干净后用去离子水冲洗并用热氮吹干。

12、优选的，所述反应温度为600℃至900℃；所述设定压力为一个大气压；所述预氢化的时间为0.5-2h，通入有机硅源的时间为10-30min。

13、优选的，所述反应温度为400℃-700℃；所述设定压力为10mtorr-100mtorr；所述预氢化的时间为10min-1h，通入有机硅源的时间为5-20min。

14、优选的，所述氢气的流速与有机硅源的流速比为10：1。

15、第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述制备方法制备得到的表面修饰iii-v族氮化物材料。

16、第三方面，本发明实施例提供了一种器件，所述器件具体为：光电子器件或高电子迁移率晶体管hemts，其中包括上述第二方面所述的表面修饰iii-v族氮化物材料。

17、本发明实施例提供的表面修饰iii-v族氮化物材料的制备方法，通过将气态的硅源通入反应室中，使气态的硅源与表面预氢化的iii-v族氮化物材料的表面氢原子发生置换反应，使得si与iii族元素在iii-v族氮化物材料的表面成键，从而将硅基团引入iii-v族氮化物材料的表面；由此改善界面质量和减小表面能，提高氮化物材料的性能和稳定性，对于leds、lds，以及高电子迁移率晶体管(hemts)等器件的发展具有重要意义，尤其是在高功率和高温的应用中。

技术特征：

1.一种表面修饰iii-v族氮化物材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积设备为常压化学气相沉积设备或低压化学气相沉积设备。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述合金包括：氮化铝镓algan或氮化铟镓ingan中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，有机硅源包括三甲基硅烷或甲硅烷sih4；所述无机硅源为氯化硅。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对iii-v族氮化物材料进行表面清洁具体包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为600℃至900℃；所述设定压力为一个大气压；所述预氢化的时间为0.5-2h，通入有机硅源的时间为10-30min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为400°c-700℃；所述设定压力为10mtorr-100mtorr；所述预氢化的时间为10min-1h，通入有机硅源的时间为5-20min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢气的流速与有机硅源的流速比为10：1。

9.一种上述权利要求1-8任一所述制备方法制备得到的表面修饰iii-v族氮化物材料。

10.一种器件，其特征在于，所述器件具体为：光电子器件或高电子迁移率晶体管hemts，其中包括上述权利要求9所述的表面修饰iii-v族氮化物材料。

技术总结
本发明实施例涉及一种表面修饰III‑V族氮化物材料及其制备方法和应用。对III‑V族氮化物材料进行表面清洁，放入气相沉积设备的反应室中；其中，III‑V族氮化物材料包括GaN、AlN、InN中的任一种或其合金；向反应室中通入氢气，调整反应室的压力至设定压力，并升温至设定的反应温度，稳定一段时间，使III‑V族氮化物材料表面预氢化；将气态的硅源通入所述反应室中，在反应温度和设定压力下，使气态的硅源与表面预氢化的III‑V族氮化物材料的表面氢原子发生置换反应，使得Si与III族元素在III‑V族氮化物材料的表面成键，从而将硅基团引入III‑V族氮化物材料的表面；气态的硅源包括有机硅源或无机硅源；反应结束后，降温至室温并取出物料，得到表面修饰III‑V族氮化物材料。

技术研发人员：赵少峰,谢勇
受保护的技术使用者：东科半导体（安徽）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1