AlGaN薄膜的制备方法技术

本公开提供了一种AlGaN薄膜的制备方法，包括：对衬底进行热处理，以使所述衬底的生长面转变为岛状起伏结构；在所述生长面上生长多孔AlN薄膜；在所述多孔AlN薄膜上生长表面合并的AlGaN薄膜。该方法不仅可以提高外延层的晶体质量，而且可以通过多孔结构有效缓解外延层应力，进而制备高质量的AlGaN薄膜。进而制备高质量的AlGaN薄膜。进而制备高质量的AlGaN薄膜。

【技术实现步骤摘要】
AlGaN薄膜的制备方法


[0001]本公开涉及半导体材料
，尤其涉及一种AlGaN薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]AlGaN材料的禁带宽度可以在3.4
‑
6.2eV之间连续调节，利用这种材料制备的紫外发光二极管(UV LED)和紫外激光器(UV LD)可以覆盖200到365nm的波长区间，发光区间覆盖UV
‑
A、UV
‑
B和UV
‑
C波段，具有低功耗、低电压、无汞环保、轻便灵活、波长易调、可靠性高等优点。
[0003]AlGaN的材料质量是影响紫外光电器件性能的主要因素之一。由于大尺寸、低缺陷密度的AlN单晶衬底较难获得，AlGaN材料通常在如蓝宝石、碳化硅等异质衬底上外延。碳化硅衬底作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，碳化硅衬底有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好等优点。碳化硅衬底和AlGaN之间的晶格失配很小，但两者之间依然有很高的热失配。碳化硅衬底的热膨胀系数约3.07
×
10
‑6/℃，AlGaN的热膨胀系数则较高(4.2～5.59
×
10
‑6/℃)，在外延和降温过程中AlN和AlGaN外延层受到强的张应力易产生高密度的缺陷甚至开裂。
[0004]公开内容
[0005]基于此，本公开提供了一种AlGaN薄膜的制备方法，包括：对衬底进行热处理，以使衬底的生长面转变为岛状起伏结构；在生长面上生长多孔AlN薄膜；在多孔AlN薄膜上生长表面合并的AlGaN薄膜。
[0006]根据本公开的实施例，其中，对衬底进行热处理包括：将衬底置于气体氛围中，加热至预设温度范围并保温预设时间段，其中，气体氛围包括纯净的H2氛围或H2/NH3混合气体氛围，预设温度范围为800℃
‑
1500℃，预设时间段范围为30s
‑
60min。
[0007]根据本公开的实施例，其中，在生长面上生长多孔AlN薄膜包括：采用一步法或两步法在生长面上生长多孔AlN薄膜。
[0008]根据本公开的实施例，其中，采用一步法在生长面上生长多孔AlN薄膜包括：通入Al源和N源，将生长温度设置为900
‑
1300℃，以生长多孔AlN薄膜。
[0009]根据本公开的实施例，其中，采用两步法在生长面上生长多孔AlN薄膜包括：通入Al源和N源，将生长温度设置为600
‑
1100℃，以生长AlN成核层；将温度升高至1000
‑
1350℃，以在AlN成核层上生长AlN高温层，其中，AlN高温层表面为多孔结构。
[0010]根据本公开的实施例，在多孔AlN薄膜上生长表面合并的AlGaN薄膜包括：通入Al源、Ga源和N源，将生长温度设置为1000
‑
1150℃，以生长AlGaN薄膜。
[0011]根据本公开的实施例，其中，衬底为碳化硅衬底，生长面为硅面。
[0012]根据本公开的实施例，在多孔AlN薄膜上生长表面合并的AlGaN薄膜之前，方法还包括：在多孔AlN薄膜上生长插入层，在插入层上生长AlGaN薄膜，其中，插入层包括组分渐变结构或AlxGal
‑
xN/AlyGal
‑
yN超晶格或中间组分层或中间温度层，0≤x，y≤1，x≠y。
[0013]根据本公开的实施例，在对衬底进行热处理之前，方法还包括：将衬底依次放入浓
硫酸/双氧水混合溶液、氢氟酸溶液、去离子水中进行清洗；或将衬底依次放入丙酮有机溶液、异丙醇有机溶液、去离子水、氢氟酸溶液、去离子水中进行清洗。
[0014]根据本公开的实施例，其中，AlN薄膜的平均孔径为10
‑
500nm。
附图说明
[0015]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0016]图1示意性示出了本公开一实施例提供的AlGaN薄膜制备方法的流程图；
[0017]图2示意性示出了本公开一实施例的AlGaN薄膜的外延结构示意图；
[0018]图3示意性示出了本公开另一实施例的AlGaN薄膜的外延结构示意图；
[0019]图4示意性示出了本公开实施例的多孔AlN薄膜的扫描电镜图；
[0020]图5示意性示出了本公开另一实施例提供的AlGaN薄膜制备方法的流程图；
[0021]图6示意性示出了本公开又一实施例提供的AlGaN薄膜制备方法的流程图。
具体实施方式
[0022]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0023]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0024]在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0025]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0026]贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0027]类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一
个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN薄膜的制备方法，包括：对衬底进行热处理，以使所述衬底的生长面转变为岛状起伏结构；在所述生长面上生长多孔AlN薄膜；在所述多孔AlN薄膜上生长表面合并的AlGaN薄膜。2.根据权利要求1所述的AlGaN薄膜的制备方法，其中，所述对衬底进行热处理包括：将所述衬底置于气体氛围中，加热至预设温度范围并保温预设时间段，其中，所述气体氛围包括纯净的H2氛围或H2/NH3混合气体氛围，所述预设温度范围为800℃
‑
1500℃，所述预设时间段范围为30s
‑
60min。3.根据权利要求1所述的AlGaN薄膜的制备方法，其中，所述在所述生长面上生长多孔AlN薄膜包括：采用一步法或两步法在所述生长面上生长多孔AlN薄膜。4.根据权利要求3所述的AlGaN薄膜的制备方法，其中，采用一步法在所述生长面上生长多孔AlN薄膜包括：通入Al源和N源，将生长温度设置为900
‑
1300℃，以生长所述多孔AlN薄膜。5.根据权利要求3所述的AlGaN薄膜的制备方法，其中，采用两步步法在所述生长面上生长多孔AlN薄膜包括：通入Al源和N源，将生长温度设置为600

【专利技术属性】
技术研发人员：王军喜，张睿洁，郭亚楠，刘志彬，闫建昌，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：