一种AlN薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种AlN薄膜的制备方法。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、AlN位错抑制层、AlN覆盖层和AlN快速生长层，得到AlN薄膜；制备所述位错抑制层的过程包括：在所述AlN缓冲层的表面依次生长第一位错抑制层和第一退火处理、生长第二位错抑制层和第二退火处理以及生长第三位错抑制层和第三退火处理；第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的厚度依次降低；第一退火处理和第二退火处理的温度相同，且大于第三退火的温度。所述制备方法制备得到的AlN薄膜无裂纹、原子级平整且位错密度低，为后续AlGaN外延生长提供高质量的AlN模板。外延生长提供高质量的AlN模板。外延生长提供高质量的AlN模板。

【技术实现步骤摘要】
一种AlN薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制备
，尤其涉及一种AlN薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]作为第三代氮化物半导体材料，氮化铝具有宽的禁带宽度，因此，氮化铝及其合金材料广泛应用于紫外探测器件中，发展前景十分广阔。深紫外LED器件的核心部分是底层AlN模板和高Al组分AlGaN外延层，一般两者都是通过在蓝宝石衬底上进行异质外延得到的。而想要实现高发光效率的深紫外LED，最首要的一步就是制备晶体质量优异，取向一致且低应力的AlN模板。受限于AlN薄膜和蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配（等效晶格失配13.3%）和热失配（44%）问题，导致在蓝宝石衬底上异质外延的AlN有高达10
10
cm
‑2的位错密度，同时还会使得AlN层中产生很大的压应力，这些应力和位错都会在后续的AlN、AlGaN材料生长过程中，导致薄膜质量的进一步劣化，特别是这些贯穿位错一般会延伸到器件有源区内，这些缺陷可作为非辐射复合点或泄露电流通路，对器件的性能（如效率、可靠性和寿命）造成不利影响。因而如何在衬底上制备相对较低位错密度的AlN薄膜对于保证AlGaN基高性能深紫外光器件的独特优势具有极为重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种AlN薄膜的制备方法，所述制备方法制备得到的AlN薄膜无裂纹、原子级平整且位错密度低，为后续AlGaN外延生长提供高质量的AlN模板。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、位错抑制层、AlN覆盖层和快速生长层，得到所述AlN薄膜；所述位错抑制层和快速生长层的材料为AlN；所述位错抑制层包括依次设置的第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层；所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的厚度依次降低；制备所述位错抑制层的过程包括：在所述AlN缓冲层的表面依次生长第一位错抑制层、第一退火处理、生长第二位错抑制层、第二退火处理、生长第三位错抑制层和第三退火处理；所述第一退火处理和第二退火处理的温度相同，且大于所述第三退火处理的温度。
[0005]优选的，所述位错抑制层的厚度为300~400nm。
[0006]优选的，所述第一位错抑制层的厚度为100~200nm，所述第二位错抑制层的厚度为50~150nm，所述第三位错抑制层的厚度为50~100nm。
[0007]优选的，生长所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层时，通入的
气体包括氮源气体、氢气和铝源气体；所述氮源气体和铝源气体的流量比依次减小，且所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的生长温度相同。
[0008]优选的，生长所述第一位错抑制层时，氮源气体和铝源气体的流量比为2000~2300；生长所述第二位错抑制层时，氮源气体和铝源气体的流量比为1300~1600；生长所述第三位错抑制层时，氮源气体和铝源气体的流量比为800~1200。
[0009]优选的，所述第一退火处理和第二退火处理的温度独立的为1250~1350℃；所述第一退火处理的时间为30~100min，所述第二退火处理的时间为30~80min。
[0010]优选的，所述第三退火处理为变温退火处理，所述变温退火处理的起始温度为所述第二退火处理的温度，变温速率为1~10℃/min；所述第三退火处理的温度为1200~1300℃，变温至所述第三退火处理的温度的时间为20~60min。
[0011]优选的，所述AlN缓冲层的生长温度为650~850℃，厚度为10~20nm。
[0012]优选的，所述AlN覆盖层的生长温度为1200~1250℃，厚度为800~1200nm。
[0013]优选的，所述快速生长层的生长温度为1200~1250℃，厚度为1000~3000nm。
[0014]本专利技术提供了一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、位错抑制层、AlN覆盖层和快速生长层，得到所述AlN薄膜；所述位错抑制层和快速生长层的材料为AlN；所述位错抑制层包括依次设置的第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层；所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的厚度依次降低；制备所述位错抑制层的过程包括：在所述AlN缓冲层的表面依次生长第一位错抑制层、第一退火处理、生长第二位错抑制层、第二退火处理、生长第三位错抑制层和第三退火处理；所述第一退火处理和第二退火处理的温度相同，且大于所述第三退火处理的温度。本专利技术通过三层位错抑制层的生长，且对每层位错抑制层生长厚度和退火方式的改变，有效的延缓了AlN在生长过程中三维向二维转变，使AlN层在生长过程中，底部形成很多的空洞，有助于位错在镜向力的作用下，形成位错环，从而湮灭位错，减少位错的延伸。同时，在此基础上，可以有效释放应力，从而得到表面无裂纹且晶体质量高的AlN。此外，所述制备方法简单、有效、稳定、成本低，便于产业化应用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术所述AlN薄膜的制备流程示意图。
具体实施方式
[0016]本专利技术提供了一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、位错抑制层、AlN覆盖层和快速生长层，得到所述AlN薄膜；所述位错抑制层和快速生长层的材料为AlN；所述位错抑制层包括依次设置的第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层；
所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的厚度依次降低；制备所述位错抑制层的过程包括：在所述AlN缓冲层的表面依次生长第一位错抑制层、第一退火处理、生长第二位错抑制层、第二退火处理、生长第三位错抑制层和第三退火处理；所述第一退火处理和第二退火处理的温度相同，且大于所述第三退火处理的温度。
[0017]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0018]本专利技术在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、位错抑制层、AlN覆盖层和快速生长层，得到所述AlN薄膜。
[0019]本专利技术对所述衬底的材料没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的材料进行即可。在本专利技术的实施例中，所述衬底具体为蓝宝石。
[0020]制备所述AlN缓冲层前，本专利技术优选对所述衬底进行预处理，所述预处理的过程优选为将所述衬底置于MOCVD反应室中，升高温度至1100℃，通入H
2 5min，去除表面杂质。
[0021]在本专利技术中，所述AlN缓冲层的生长温度优选为650~850℃，更优选为700~800℃，最优选为730~760℃；厚度优选为10~20nm，更优选为13~16nm。在本专利技术中，生长所述AlN缓冲层时，通入的气体优选包括氮源气体、氢气和铝源气体；所述氮源气体优选为氮源和/或氨气，更优选为氨气；所述铝源气体优选为三甲基铝（TMAl）。在本专利技术中，所述氮源气体和铝源气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底的一侧表面依次制备AlN缓冲层、位错抑制层、AlN覆盖层和快速生长层，得到所述AlN薄膜；所述位错抑制层和快速生长层的材料为AlN；所述位错抑制层包括依次设置的第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层；所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的厚度依次降低；制备所述位错抑制层的过程包括：在所述AlN缓冲层的表面依次生长第一位错抑制层、第一退火处理、生长第二位错抑制层、第二退火处理、生长第三位错抑制层和第三退火处理；所述第一退火处理和第二退火处理的温度相同，且大于所述第三退火处理的温度。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述位错抑制层的厚度为300~400nm。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一位错抑制层的厚度为100~200nm，所述第二位错抑制层的厚度为50~150nm，所述第三位错抑制层的厚度为50~100nm。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，生长所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层时，通入的气体包括氮源气体、氢气和铝源气体；所述氮源气体和铝源气体的流量比依次减小，且所述第一位错抑制层、第二位错抑制层和第三位错抑制层的生长温度相同。5....

【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：