一种生长AlN薄膜的方法技术

本发明专利技术提供一种生长AlN薄膜的方法，包括步骤：在衬底的其中一个表面进行表面改性处理；将做改性处理的所述表面生长低温AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层上生长低温，高V/III，高压条件下AlN层；在所述低温AlN层上生长高温，低V/III，低压条件下AlN层。根据本发明专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的方法，使得衬底表面改性生长的AlN薄膜具有较高的晶体质量，同时表面具有较少的裂纹或无裂纹。过程中可以通过控制干法刻蚀设备的功率和时间，能够有效改进表面性能，同时过程中应用湿法腐蚀也较为容易控制。如此使得AlN薄膜晶体质量有效地被提高，解决了与例如蓝宝石衬底晶格具有较大的晶格失配度的问题，有利于提升AlN及AlGaN器件的性能。有利于提升AlN及AlGaN器件的性能。有利于提升AlN及AlGaN器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种生长AlN薄膜的方法


[0001]本专利技术涉及第三代宽禁带半导体材料
，具体涉及一种生长AlN薄膜的方法。

技术介绍

[0002]氮化铝(AlN)属于第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度高，击穿电场高，热导率高，电子饱和速率高以及抗辐射能力高等优点。AlN晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，晶格常数AlN在III
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V族半导体材料中具有最大的直接带隙，约6.2eV。AlN的宽禁带使得AlGaN半导体发光材料的波长覆盖范围降低至200nm，延伸到紫外波段。基于此原因，AlN被广泛用于紫外探测器，HEMT，紫外发光二极管(LED)，紫外激光器(LD)等器件。例如，AlGaN紫外探测器因其在火焰探测，导弹预警等方面具有非常好的应用前景，所以AlGaN紫外探测器收到业界极大的关注。
[0003]虽然AlN具有诸多的优点，AlGaN材料具有很广泛的应用，但是高质量AlN材料却非常难以制备。制备AlN需要高温高压设备，以及精准的源流量控制系统。目前，商用AlN晶体质量还不够好，X射线衍射仪测试(002)方向的半宽为～200弧秒，(102)方向的半宽为～500弧秒，而AlN的质量会直接影响AlGaN的质量，从而影响AlGaN器件的性能。且由于AlN晶格常数和蓝宝石衬底晶格常数差别较大，具有较大的晶格失配度，在生长过程中容易导致AlN表面出现裂纹。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的至少一个问题，提供一种衬底表面生长AlN薄膜的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种衬底表面生长AlN薄膜的方法，包括以下步骤：
[0006]在衬底的其中一个表面进行表面改性处理；
[0007]将做改性处理的所述表面生长低温AlN缓冲层；
[0008]在所述AlN缓冲层上在高V/III和高压条件下生长低温AlN层
[0009]在所述低温AlN层上在低V/III和低压条件下生长高温AlN层。
[0010]根据本专利技术的一个方面，采用干法刻蚀或者湿法腐蚀对所述表面进行悬挂键重构的改性处理；
[0011]所述干法刻蚀为离子束刻蚀、反应离子刻蚀、电感耦合离子体刻蚀或者XeF2干法刻蚀；
[0012]所述湿法腐蚀为采用碱性溶液NaOH或者KOH溶液进行腐蚀，或者采用酸性溶液H2SO4、HNO3或者HF进行腐蚀；
[0013]所述改性处理后的表面的表面粗糙度＞1nm。
[0014]根据本专利技术的一个方面，，将所述表面放入生长反应室，通入三甲基铝和氨气后生长所述低温AlN缓冲层。
[0015]根据本专利技术的一个方面，，在所述生长反应室中生长所述低温AlN缓冲层的温度为500℃～900℃，压力为20～100mbar，生长厚度为2～300nm。
[0016]根据本专利技术的一个方面，，采用在低温AlN缓冲层上生长所述低温AlN层的温度为900℃～1100℃，压力为200～500mbar，V/III大于500，生长厚度为200～1000nm。
[0017]根据本专利技术的一个方面，，将具有所述低温AlN层上，通入三甲基铝和氨气后生长所述高温AlN层。
[0018]根据本专利技术的一个方面，，通入三甲基铝和氨气，在所述高温AlN层，所述生长反应室内的温度为1100℃～1300℃，压力为20～100mbar，V/III比10～100，生长厚度为大于500nm。
[0019]根据本专利技术的一个方面，，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或者玻璃。
[0020]根据本专利技术的一个方面，，所述生长反应室为金属有机化学气相沉积设备、分子束外延设备或者氢化物气相外延设备。
[0021]根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的方法，通过在衬底的其中一个表面进行表面改性处理，将做改性处理的所述表面生长低温AlN缓冲层，然后在所述AlN缓冲层上生长低温AlN层，然后生长高温AlN层，使得衬底表面改性生长的AlN薄膜具有较高的晶体质量，同时表面具有较少的裂纹或无裂纹。过程中可以通过控制干法刻蚀设备的功率和时间，能够有效改进表面性能，同时过程中采用的湿法腐蚀也较为容易控制。如此使得AlN薄膜晶体质量有效地被提高，解决了与例如蓝宝石衬底晶格具有较大的晶格失配度的问题，有利于提升AlN及AlGaN器件的性能。
附图说明
[0022]图1示意性表示根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的方法的流程图；
[0023]图2示意性表示根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的结构图；
[0024]图3示意性表示衬底表面改性处理前的结构图；
[0025]图4示意性表示衬底表面改性处理后的结构图。
具体实施方式
[0026]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护范围。
[0027]图1示意性表示根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的方法的流程图；图2示意性表示根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的结构图。结合图1和图2所示，根据本专利技术的衬底表面生长AlN薄膜的方法，包括以下步骤：
[0028]a.在衬底101的其中一个表面进行表面改性处理；
[0029]b.将做改性处理的所述表面生长低温AlN缓冲层102；
[0030]c.在所述AlN缓冲层上生长低温AlN层103；
[0031]d.在所述低温AlN层上生长高温AlN层104；
[0032]在本专利技术中，在上述a步骤中，采用干法刻蚀或者湿法腐蚀对衬底101的表面进行
悬挂键重构的改性处理，改性处理后的表面的表面粗糙度＞1nm，改性处理前后如图3和4所示。的干法刻蚀为离子束刻蚀IBE、反应离子刻蚀RIE、电感耦合离子体刻蚀ICP或者XeF2干法刻蚀。湿法腐蚀为采用碱性溶液NaOH或者KOH溶液进行腐蚀，或者采用酸性溶液H2SO4、HNO3或者HF进行腐蚀。
[0033]在上述b步骤中，将衬底改性处理的表面放入生长反应室，通入三甲基铝和氨气后生长所述低温AlN缓冲层102。在生长反应室中生长低温AlN缓冲层102的温度为500℃～900℃，压力为20～100mbar，生长厚度为2～300nm。
[0034]在上述c步骤中，在AlN缓冲层上生长低温、高V/III和高压的低温AlN层。具体地，将具有低温AlN缓冲层102通入三甲基铝和氨气后在低温AlN缓冲层102上生长所述低温AlN层103。在生长反应室中生长低温AlN层103的温度为900℃～1100℃，压力为200～500mbar，V/III大于500，生长厚度为200～1000nm。
[0035]在上述d步骤中，在低温AlN层上生长高温、低V/III和低压的高温AlN层。具体地，再次通入三甲基铝和氨气后，在低温AlN层103上生长高温Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衬底表面生长AlN薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底的其中一个表面进行表面改性处理；将做改性处理的所述表面生长低温AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层上在高V/III和高压条件下生长低温AlN层在所述低温AlN层上在低V/III和低压条件下生长高温AlN层。2.根据权利要求1所述的衬底表面生长AlN薄膜的方法，其特征在于，采用干法刻蚀或者湿法腐蚀对所述表面进行悬挂键重构的改性处理；所述干法刻蚀为离子束刻蚀、反应离子刻蚀、电感耦合离子体刻蚀或者XeF2干法刻蚀；所述湿法腐蚀为采用碱性溶液NaOH或者KOH溶液进行腐蚀，或者采用酸性溶液H2SO4、HNO3或者HF进行腐蚀；所述改性处理后的表面的表面粗糙度＞1nm。3.根据权利要求1所述的衬底表面生长AlN薄膜的方法，其特征在于，将所述表面放入生长反应室，通入三甲基铝和氨气后生长所述低温AlN缓冲层。4.根据权利要求3所述的衬底表面生长AlN薄膜的方法，其特征在于，在所述生长反应室中生长所述低温AlN缓冲层的温度为500℃～900℃，压力为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：至芯半导体杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：