一种单一N极性AlN薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开一种单一N极性AlN薄膜制备方法，其包括以下步骤，S10：将第一模板覆盖在通过在耐高温的无硅衬底上沉积AlN薄膜得到的AlN模板中的AlN薄膜的上表面上，其中，第一模板含Al组分和N组分两者中的至少一者且耐高温；S20：将覆盖有第一模板的AlN模板进行高温退火，以在AlN薄膜中形成AlON层，和在所述AlN薄膜中的所述AlON层的两侧分别形成N极性AlN层和Al极性AlN层；S30：刻蚀去除AlON层和Al极性AlN层，以制得具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板。由此，耐高温第一模板，可以避免AlN薄膜在高温退火的过程中出现分解或表面受损的问题；而且，可以通过去除AlN模板在高温退火过程中形成的Al极性AlN层和AlON层的方式获得具有单一N极性的AlN薄膜。一N极性的AlN薄膜。一N极性的AlN薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种单一N极性AlN薄膜制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜的制备方法，具体涉及一种单一N极性AlN薄膜制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于N极性AlN的电子器件由于具有更低的接触电阻率和强背势垒结构而得到广泛关注，同时，N极性AlN也由于其相反的极化方向在发光器件极化场调控方面具有重要应用前景。然而，由于N极性AlN薄膜的生长窗口非常窄，尤其是对于生长在无硅衬底(即衬底中不包含Si组分的衬底，例如排除了SiC衬底和Si衬底)上的AlN薄膜而言，通常只能获得单一Al极性AlN和混合极性(兼具Al极性和N极性的)AlN薄膜，很难得到单一N极性AlN薄膜材料。

技术实现思路

[0003]为了解决单一N极性AlN薄膜材料难以制得的问题，专利技术人进行了大量的研究和实验，发现，当AlN薄膜进行退火时，若在AlN薄膜中形成AlON层，形成的AlON层可以将AlN薄膜退火形成的N极性AlN层和Al极性AlN层分隔开；而且，AlON层所需的特殊刻蚀条件，可以同时保证Al极性AlN的充分刻蚀和避免N极性AlN的过度刻蚀，然后，在具有高刻蚀选择比的条件下，去除了Al极性AlN层和AlON层之后，即可得到单一N极性AlN层。为此，根据本专利技术的一个方面，提供了一种单一N极性AlN薄膜制备方法，包括以下步骤：
[0004]S10：将第一模板覆盖在AlN模板上，其中，AlN模板为通过在耐高温的无硅衬底上沉积AlN薄膜得到的AlN模板，第一模板覆盖在AlN模板中的AlN薄膜的上表面上，第一模板含Al组分和N组分两者中的至少一者且耐高温；
[0005]S20：将覆盖有第一模板的AlN模板进行高温退火，以在AlN薄膜中形成AlON层，和在AlN薄膜中的AlON层的两侧分别形成N极性AlN层和Al极性AlN层；
[0006]S30：刻蚀去除AlON层和Al极性AlN层，以制得具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板。
[0007]由于AlN模板在进行高温退火的过程中，AlN薄膜的上表面覆盖有含Al组分和/或N组分的耐高温第一模板，可以避免AlN薄膜在高温退火的过程中出现分解或表面受损的问题；而且，如此设置的AlN模板可以在高温退火的过程中形成依次分布的Al极性AlN层、AlON层和N极性AlN层，由于AlON层的刻蚀条件较为特殊，位于Al极性AlN层和N极性AlN层之间的AlON层可以同时保证Al极性AlN的充分刻蚀和避免N极性AlN的过度刻蚀，由此，可以通过去除Al极性AlN层和AlON层的方式获得具有单一N极性的AlN薄膜。
[0008]在一些实施方式中，AlN薄膜的厚度大于20nm；和/或AlN薄膜的厚度小于100nm。将AlN薄膜的厚度控制在大于20nm，可以避免因AlN薄膜的厚度太薄而无法在高温退火处理的过程中形成AlON层；将AlN薄膜的厚度控制在小于100nm，由此，可以减少去除Al极性AlN层和AlON层的工作量，同时，也可以避免AlN模板因AlN薄膜的厚度太厚而出现严重的翘曲和表面开裂的现象。
[0009]在一些实施方式中，在步骤S20中，退火温度为1500℃
‑
1800℃、退火气氛包含氮
气，和/或退火时间在10min
‑
24h。以在抑制AlN分解的同时，保证对AlN模板进行高温退火处理可以在AlN薄膜中依次形成Al极性AlN层、AlON层和N极性AlN层。
[0010]在一些实施方式中，第一模板也为AlN模板，两块AlN模板相互覆盖时，两块AlN模板中的AlN薄膜的上表面相贴合。由此，可以成倍地提高单一N极性AlN薄膜的制备效率。
[0011]在一些实施方式中，无硅衬底含有氧元素；和/或第一模板含有氧元素。由此，含有氧元素的第一模板或无硅衬底可以在AlN模板进行高温退火时，为AlN模板中的AlN薄膜提供O元素，即使高温退火的气氛中不含氧气，也可以使AlN薄膜经过高温退火后能够形成AlON层；而且，由于通过无硅衬底或第一模板提供的氧元素的含量较低，可以避免形成厚度较厚的AlON层，从而可以减少后续刻蚀所花费的时间。尤其是，当第一模板也为AlN模板，且两块AlN模板中的AlN薄膜的上表面相贴合地进行退火处理时，可以使N极性AlN层在AlN薄膜中的AlON层的朝向无硅衬底的一侧形成，使Al极性AlN层在AlN薄膜中的AlON层的背离衬底的一侧形成，以便于后续AlON层和Al极性AlN层的去除。
[0012]在一些实施方式中，无硅衬底为AlN陶瓷衬底或BN陶瓷衬底。由此，既可以使无硅衬底具有耐高温的性能，也可以避免AlN模板中的AlN薄膜在高温退火处理过程中出现分解。
[0013]在一些实施方式中，在步骤S20中，退火气氛还包括氧气，且氧气在退火气氛中的体积百分比不大于2％。以保证AlN模板进行高温退火时，AlN薄膜中能够形成AlON层；而且，由于控制退火气氛中氧气的体积百分比不大于2％，可以避免高温退火处理时，在AlN薄膜中形成的AlON层的厚度较厚。
[0014]在一些实施方式中，在步骤S30中，刻蚀去除AlON层和Al极性AlN层实现为：
[0015]先使用包含X2且不包含BX3的气氛刻蚀去除Al极性AlN层；
[0016]再使用包含BX3且不包含X2的气氛刻蚀去除AlON层；
[0017]其中，X为卤族元素。
[0018]由于X2对Al极性AlN层的刻蚀效率较高，而且，由于当气氛中不包含BX3时，不会因BX3分解而产生能够使AlON层中的Al
‑
O键断裂的BX
2+
，因此，先使用包含X2且不包含BX3的气氛进行刻蚀处理时，可以在完全去除Al极性AlN层的同时，几乎不刻蚀AlON层，从而能够很好地控制Al极性AlN层的刻蚀终点；而且，由于AlON层将N极性AlN层和Al极性AlN层分隔开，能够保证在刻蚀去除Al极性AlN层的同时，刻蚀气氛不会对N极性AlN层造成损伤。在完成Al极性AlN层的刻蚀之后，使用包含BX3且不包含X2的气氛进行刻蚀处理时，由于BX3的分解效率没有X2的分解效率高，与X2相比产生更少量的X
‑
有利于抑制N极性的AlN的刻蚀，而且，由于AlON层的厚度较薄，即使BX3分解出的BX
2+
很少，也可以保证AlON层的完全去除。
[0019]在一些实施方式中，在步骤S30之后，本专利技术的制备方法还包括以下步骤：
[0020]S40`：将具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板进行隔氧保存。
[0021]由此，可以防止得到的具有单一N极性AlN薄膜的表面被氧化。
[0022]在一些实施方式中，在步骤S30之后，本专利技术的制备方法还包括以下步骤：
[0023]S40：在具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板的AlN薄膜的上表面外延生长AlN层。
[0024]由此，可以得到表面平整度较好、晶体质量较高的具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板。
[0025]在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单一N极性AlN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：将第一模板覆盖在AlN模板上，其中，所述AlN模板为通过在耐高温的无硅衬底上沉积AlN薄膜得到的AlN模板，所述第一模板覆盖在所述AlN模板中的AlN薄膜的上表面上，所述第一模板含Al组分和N组分两者中的至少一者且耐高温；S20：将覆盖有第一模板的AlN模板进行高温退火，以在所述AlN薄膜中形成AlON层，和在所述AlN薄膜中的所述AlON层的两侧分别形成N极性AlN层和Al极性AlN层；S30：刻蚀去除AlON层和Al极性AlN层，以制得具有单一N极性AlN薄膜的AlN模板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述AlN薄膜的厚度大于20nm；和/或所述AlN薄膜的厚度小于100nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，退火温度为1500℃
‑
1800℃、退火气氛包含氮气，和/或退火时间在10min
‑
24h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一模板也为AlN模板，两块AlN模板相互覆盖时，两块AlN模板中的AlN薄膜的上表面相贴合。5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述无硅衬底含有氧元素；和/或所述第一模板含有氧元素。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晨光，吴华龙，张康，陈志涛，赵维，贺龙飞，刘云洲，廖乾光，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：