六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用技术

本公开提供了一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用，其中，六方氮化硼上生长氮化铝薄膜的方法包括：采用化学气相沉积法，在铜箔上生长六方氮化硼；将铜箔上生长的六方氮化硼转移到其它衬底上，作为外延生长氮化铝薄膜的缓冲层；对得到的六方氮化硼衬底进行高温退火处理；对高温退火处理后得到的六方氮化硼衬底进行氧气等离子体处理；利用金属有机化学气相沉积法，在氧气等离子体处理后的六方氮化硼上外延生长氮化铝薄膜

【技术实现步骤摘要】
六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用


[0001]本公开属于半导体
，具体涉及一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]具有直接宽带系的
III
族氮化物半导体材料，由于其具有长期的可靠性和稳定性被广泛应用于较高功率
、
较高频率的器件中
。
但是由于缺乏经济的同质衬底，
III
族氮化物薄膜通常外延生长在异质衬底上
。
然而，常用的异质衬底与
III
族氮化物之间因存在较大的晶格常数和热膨胀系数的失配，导致外延层
III
族氮化物具有较高的缺陷密度和较大的应变，使得电子器件的性能降低
。
[0003]近年来，引入
sp2杂化的二维材料缓冲层实现了Ⅲ族氮化物薄膜的准范德华外延，以提高晶体质量并释放应力引起了人们的广泛关注
。
其中六方氮化硼作为氮化物，与其它二维材料相比与外延Ⅲ族氮化物之间具有更好的生长兼容性，且六方氮化硼在高温下具有更好的稳定性，适合用于金属有机化学气相沉积的高温生长环境
。
然而，目前大多数都是关于在六方氮化硼上生长氮化镓的研究，而对于具有比氮化镓更大键能的氮化铝来说，则较难采用基于氮化镓的生长的方法来制备具有较高晶体质量的氮化铝薄膜
。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术问题，本公开提供了一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用，以期至少部分地解决上述技术问题
。
[0005]为了解决上述技术问题，作为本公开的一个方面，提供了一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜的方法，包括：
[0006]采用化学气相沉积法，在铜箔上生长六方氮化硼；
[0007]将铜箔上生长的六方氮化硼转移到其它衬底上，作为外延生长氮化铝薄膜的缓冲层；
[0008]对得到的六方氮化硼衬底进行高温退火处理；
[0009]对高温退火处理后得到的六方氮化硼衬底进行氧气等离子体处理；
[0010]利用金属有机化学气相沉积法，在氧气等离子体处理后的六方氮化硼上外延生长氮化铝薄膜
。
[0011]在其中一个实施例中，上述生长六方氮化硼的层数包括1‑2层
。
[0012]在其中一个实施例中，上述其它衬底包括以下任意一种：硅
、
碳化硅
、
蓝宝石
。
[0013]在其中一个实施例中，上述高温退火处理的条件包括：
[0014]上述高温退火处理的温度为
1600
‑
1700℃
，压强为
0.5
‑
0.7atm
，氮气流量为
0.4
‑
1L/min
；
[0015]上述高温退火处理的方式包括：面对面结构处理；
[0016]上述高温退火处理的时间包括：1‑
2h。
[0017]在其中一个实施例中，上述氧气等离子体处理的参数包括：
[0018]上述氧气流量包括：
100
‑
300sccm
；
[0019]上述氧气等离子体功率包括：
50
‑
100W
；
[0020]上述氧气等离子体刻蚀的时间包括：1‑
3min。
[0021]在其中一个实施例中，上述氧气等离子体处理后的六方氮化硼的表面上包括
N
‑
O
和
B
‑
O
的悬挂键
。
[0022]在其中一个实施例中，上述利用金属有机化学气相沉积法，在氧气等离子体处理后的六方氮化硼衬底上外延生长氮化铝薄膜，是一步高温法
。
[0023]在其中一个实施例中，金属有机化学气相沉积法的条件包括：
[0024]采用氨气作为氮源，三甲基铝作为铝源，氢气作为载气来生长氮化铝薄膜；
[0025]上述生长氮化铝薄膜的温度包括：
1100
‑
1300℃
；
[0026]上述生长氮化铝薄膜的时间包括：
60
‑
90min。
[0027]作为本公开的另一个方面，提供了一种氮化铝薄膜，氮化铝薄膜是采用上述实施例中的方法，在六方氮化硼缓冲层上外延生长而成
。
[0028]作为本公开的另一个方面，还提供了一种半导体器件，上述半导体器件包括：深紫外器件，其中，深紫外器件包括氮化铝薄膜
。
[0029]基于上述技术方案，本公开提供了一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜及其制备方法和应用，至少包括以下之一的有益效果：
[0030](1)
在本公开的实施例中，六方氮化硼同时作为二维材料和氮化物，与氮化铝薄膜具有较好的生长兼容性，可以作为氮化铝薄膜生长的衬底
。
与传统的异质外延相比，六方氮化硼作为二维材料与外延氮化铝相互作用较弱，且可以部分的屏蔽异质衬底对外延层氮化铝生长的影响，缓解外延氮化铝薄膜与异质衬底之间的晶格失配和热失配造成的应力和缺陷，提高外延层氮化铝薄膜的晶体质量并有效释放氮化铝薄膜中的应力
。
[0031](2)
在本公开的实施例中，将六方氮化硼转移到异质衬底上作为生长氮化铝薄膜的缓冲层，对六方氮化硼衬底进行高温退火处理，可以使硼原子和氮原子在高温下克服表面势垒通过热力学再结晶过程，使得六方氮化硼表面形貌更加连续均匀，表面粗糙度降低
。
[0032](3)
在本公开的实施例中，在经过高温退火处理的六方氮化硼表面进行氧等离子体处理，可以在氮化硼表面形成
B
‑
O
键和
N
‑
O
键的悬挂键，为氮化铝薄膜的生长提供成核位点
。
附图说明
[0033]图1是本公开实施例中六方氮化硼上生长氮化铝薄膜的方法的流程示意图；
[0034]图2是本公开实施例中用蓝宝石衬底在六方氮化硼上生长氮化铝薄膜的结构示意图；
[0035]图
3A
是本公开实施例中高温退火处理前六方氮化硼表面形貌的扫描电子显微镜图；
[0036]图
3B
是本公开实施例中高温退火处理后六方氮化硼表面形貌的扫描电子显微镜图；
[0037]图4是本公开实施例中高温退火处理前后六方氮化硼的
X
射线光电子能谱图；
[0038]图
5A
‑
B
是本公开实施例中未经氧气等离子体处理的六方氮化硼的
N1s
和
B1s
的光电子能谱图；
[0039]图
5C
‑
D
是本公开实施例中经氧气等离子体处理后的六方氮化硼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种六方氮化硼上生长氮化铝薄膜的方法，包括：采用化学气相沉积法，在铜箔上生长六方氮化硼；将铜箔上生长的六方氮化硼转移到其它衬底上，作为外延生长氮化铝薄膜的缓冲层；对得到的六方氮化硼衬底进行高温退火处理；对高温退火处理后得到的六方氮化硼衬底进行氧气等离子体处理；利用金属有机化学气相沉积法，在氧气等离子体处理后的六方氮化硼上外延生长氮化铝薄膜
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述生长六方氮化硼的层数包括1‑2层
。3.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述其它衬底包括以下任意一种：硅
、
碳化硅
、
蓝宝石
。4.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述高温退火处理的条件包括：所述高温退火处理的温度为
1600
‑
1700℃
，压强为
0.5
‑
0.7atm
，氮气流量为
0.4
‑
1L/min
；所述高温退火处理的方式包括：面对面结构处理；所述高温退火处理的时间包括：1‑
2h。5.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述氧气等离子体处理的参数包括：所述氧气流量包括：
100
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏同波，王璐璐，王军喜，
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：