【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体材料，具体而言，涉及一种单晶氮化铝材料及其制备方法。
技术介绍
1、氮化铝作为新一代的超宽禁带半导体材料，具有耐高温、耐击穿电压高以及光学窗口宽等优异的半导体特性，也具有高频压电性能，使得氮化铝材料在声学特性领域具有优势，特别是在高频通讯滤波领域具有优势，导致行业中对高质量的单晶氮化铝材料的需求不断增加。
2、目前，高质量单晶氮化铝材料的制备较难；尽管目前行业中提出的面对面退火工艺可以实现制备出高质量的单晶氮化铝材料，但是，面对面退火工艺需要高于1700℃的高温环境，极高的温度环境增加了设备成本和批量制备的困难；此外，面对面退火工艺由于需要机械接触，使得面对面退火制备的单晶氮化铝材料的表面具有机械划痕等，进而导致单晶氮化铝材料的良率较低，极大程度地限制了单晶氮化铝材料的进一步应用。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种单晶氮化铝材料及其制备方法，其旨在改善现有的单晶氮化铝材料的制备需要极高温的条件且单晶氮化铝材料的制备良率不高的技术问题。
2、第一方面，本申请提供一种单晶氮化铝材料的制备方法，包括：对前驱体进行氮等离子体辐照处理；其中，前驱体包括交替堆叠的氮化铝层和单质铝层；氮等离子体辐照处理的温度不低于1300℃。
3、在氮等离子体辐照处理下，交替堆叠的氮化铝层和单质铝层可以在较低的温度下(临界温度为1300℃)就重结晶形成单晶氮化铝材料，且单晶质量较高，位错密度小于109/cm2数量级。无需在高于1700℃的高温环境下进
4、在本申请第一方面的一些实施例中，前驱体中氮化铝层的厚度与单质铝层的厚度的比值为(5-10)：1。
5、上述条件下，交替堆叠的氮化铝层和单质铝层可以充分重结晶形成单晶氮化铝材料，且有利于进一步有效降低氮化铝重结晶所需的温度；若氮化铝层的厚度较高，会使得氮化铝层的重结晶所需的温度提高，重结晶不易进行；若氮化铝层的厚度较低，会使得铝层残留过多，进而降低氮化铝单晶的晶体含量。
6、在本申请第一方面的一些实施中，每个氮化铝层的厚度均≤50nm，每个单质铝层的厚度均≤10nm。
7、每个氮化铝层的厚度均≤50nm，且每个单质铝层的厚度均≤10nm，可以使得氮等离子辐照处理下，交替堆叠的氮化铝层和单质铝层可以充分重结晶形成单晶氮化铝材料，且有利于进一步降低重结晶所需的温度，也有利于避免由于重结晶不完全而导致的不利于提高氮化铝材料的单晶质量的现象。
8、可选地，前驱中氮化铝层的总厚度与单质铝层的总厚度之和为0.1-2.0μm。
9、上述条件下，制备得到的单晶氮化铝材料结构稳定不易发生开裂，且不易在高温状态下发生单晶氮化铝材料的表面分解现象。
10、在本申请第一方面的一些实施例中，氮等离子体辐照处理的功率≤50w。
11、在≤50w的功率下进行氮等离子体辐照处理，不仅可以使得交替堆叠的氮化铝层和单质铝层可以重结晶形成单晶氮化铝材料，还有利于避免由于功率过强而导致单晶氮化铝材料的表面粗化现象。
12、在本申请第一方面的一些实施例中，氮等离子体辐照处理的温度为1400-1500℃。
13、氮等离子体辐照处理的温度为1400-1500℃，即可以使得交替堆叠的氮化铝层和单质铝层能够充分重结晶形成单晶氮化铝材料，无需再使用较高的温度(例如1700℃及以上)进行氮化铝层的重结晶，较低的氮等离子体辐照处理温度有利于降低设备能耗和延长设备的使用寿命。
14、在本申请第一方面的一些实施例中，氮等离子体辐照处理的氮气气氛压强为0.1-2.0mpa。
15、上述条件下，有利于进一步提高氮化铝材料的表面平整性。
16、在本申请第一方面的一些实施例中，单晶氮化铝材料的制备方法还包括：对氮等离子体辐照处理后的产物进行表面刻蚀。
17、对氮等离子体辐照处理后的产物进行表面刻蚀，有利于提高单晶氮化铝材料的表面光滑平整性。
18、可选地，表面刻蚀的步骤包括：将氮等离子体辐照处理后的产物于强碱溶液中浸泡。
19、可选地，浸泡的时间为1-60min，浸泡的温度为10-50℃。
20、可选地，强碱的质量分数为1-50％。
21、在本申请第一方面的一些实施例中，前驱体的制备方法包括：采用化学气相沉积或物理气相沉积的方式在衬底上交替沉积氮化铝层和单质铝层。
22、采用化学气相沉积或物理气相沉积的方式在衬底上交替沉积氮化铝层和单质铝层，氮化铝层与单质铝层之间的结合更加紧密，进而有利于使得后续氮等离子辐照处理下的重结晶过程更易进行，重结晶更加充分。
23、可选地，衬底的材质为蓝宝石或碳化硅。
24、可选地，前驱体的制备方法还包括：在衬底上交替沉积氮化铝层和单质铝层之前，将衬底于丙酮和/或乙醇的溶液中清洗。
25、在本申请第一方面的一些实施例中，氮等离子体辐照处理中使用的托盘为石墨托盘。
26、氮等离子体辐照处理中使用的托盘为石墨托盘，可以实现高效导热，有利于提高前驱体的受热均匀性，进而有利于充分进行重结晶过程。
27、可选地，氮等离子体辐照处理中使用的托盘为表面具有碳化硅涂层的石墨托盘。
28、第二方面，本申请提供一种单晶氮化铝材料，采用如上述第一方面提供的种单晶氮化铝材料的制备方法制得。
29、本申请提供的单晶氮化铝材料的单晶质量较高，位错密度小于109/cm2数量级，且单晶氮化铝表面无划痕等机械磨损，极大程度地扩展了单晶氮化铝材料的应用范围。
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1.一种单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，包括：对前驱体进行氮等离子体辐照处理；
2.根据权利要求1所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体中的所述氮化铝层的厚度与所述单质铝层的厚度的比值为(5-10)：1。
3.根据权利要求2所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，每个所述氮化铝层的厚度均≤50nm，每个所述单质铝层的厚度均≤10nm；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理的功率≤50W。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理的温度为1400-1500℃。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理的氮气气氛压强为0.1-2.0MPa。
7.根据权利要求1所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述单晶氮化铝材料的制备方法还包括：对所述氮等离子体辐照处理后的产物进行表面刻蚀；
8.根据权利要求1所述
9.根据权利要求1所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理中使用的托盘为石墨托盘；
10.一种单晶氮化铝材料，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，包括：对前驱体进行氮等离子体辐照处理；
2.根据权利要求1所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体中的所述氮化铝层的厚度与所述单质铝层的厚度的比值为(5-10)：1。
3.根据权利要求2所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，每个所述氮化铝层的厚度均≤50nm，每个所述单质铝层的厚度均≤10nm；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理的功率≤50w。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的单晶氮化铝材料的制备方法，其特征在于，所述氮等离子体辐照处理的温度为1400-1500℃。
6.根据权利要求1-3中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新强，袁冶，刘上锋，康俊杰，罗巍，李泰，曹家康，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：
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