本发明专利技术涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种高纯高透过率的AlN晶片的制备方法和深紫外器件。该制备方法包括：在PVT AlN衬底的第一表面上生长氮化硼共晶赝格层；在所述氮化硼共晶赝格层上外延生长HVPE AlN层；将PVT AlN衬底和和氮化硼共晶赝格层剥离，得到HVPE AlN晶片。该方法显著降低了高纯氮化铝晶片中外来杂质的引入，解决了杂质导致氮化铝晶片的深紫外波段吸收的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料，具体涉及一种高纯高透过率的aln晶体片的制备方法和深紫外器件。
技术介绍
1、氮化铝(aln)材料由于其特有的带隙宽度和优良的光电特性，在可见紫外波段发光二极管，高频、大功率电子器件，紫外探测器等光电子器件领域有着广泛的应用前景，因此，其也成是宽禁带半导体材料中极具吸引力的材料。
2、现阶段较成熟的紫外器件常用的模板是蓝宝石-氮化铝衬底，由于异质生长时两种材料的热失配及晶格失配，导致蓝宝石上生长的氮化铝受较大拉应力，进而使得晶格拉伸，影响后续铝镓氮外延层的生长，无法有效发挥氮化铝材料与铝镓氮材料的高匹配性。主要是由于氮化铝单晶生长过程中极易引入各类杂质，从而产生紫外吸收带，使得氮化铝晶片无法透过深紫外波段，严重影响得氮化铝晶片的光学、电学等性能。
3、为解决以上问题通常需要进行掺杂补偿缺陷能级，才可获得紫外波段高透过率的氮化铝晶片，该方法在一定程度上虽然可以提高透过率，但其会引入杂质而对后续铝镓氮外延层的生长存在不利影响。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术提供一种高纯高透过率的aln晶片的制备方法和深紫外器件，该方法显著降低了高纯氮化铝(aln)晶片中外来杂质的引入，解决了杂质导致氮化铝晶片的深紫外波段(紫外线中波长在200nm至350nm的光线被称为深紫外线)吸收的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种高纯高透过率的aln晶片的制备方法，包括：</p>4、在pvt aln衬底的第一表面上生长氮化硼共晶赝格层；
5、在所述氮化硼共晶赝格层上外延生长hvpe aln层；
6、将所述pvt aln衬底和氮化硼共晶赝格层剥离，得到hvpe aln晶片。
7、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，在所述在pvt aln衬底的第一表面上生长氮化硼共晶赝格层之前，还包括对pvt aln衬底的预处理步骤，具体为，在惰性气体中，依次采用去离子水、酒精和丙酮对pvt aln衬底进行清洗，风干后，再采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子体轰击所述pvt aln衬底的第一表面1-2h。
8、本专利技术采用氢等离子体轰击pvt aln衬底的第一表面，以刻蚀掉pvt aln衬底表面吸附的c、o等杂质元素，且不会对籽晶表面造成损伤，有利于提高后续共晶赝格层生长的界面有序度，从而使得pvt aln衬底与共晶赝格层的晶格排布高度一致。氢等离子的实际刻蚀温度为1000-1500℃，腔内压力为400mbar，气氛为流量比为5:1的h2和n2。
9、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子生长所述氮化硼共晶赝格层，其中，所述氮化硼共晶赝格层的厚度为0.8-1nm。
10、一方面氮化硼可以在hvpe(氢气相外延法)aln层的生长气氛下稳定存在，另一方面作为iii-v族氮化物与氮化铝的晶格常数差异不大，采用氮化硼做为共晶赝格层可以阻挡pvt aln衬底缺陷，尤其是杂质缺陷向hvpe aln层中蔓延；氮化硼共晶赝格层厚度在0.8-1nm即可实现所需的阻挡杂质的目的；氮化硼共晶赝格层过厚(大于1nm)，会导致比较严重的晶格畸变，影响hvpe aln层的生长。
11、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述氮化硼共晶赝格层的生长温度为500-600℃，该温度是经过试验验证的适宜氮化硼沉积的温度，且在该温度下pvt aln衬底中的aln晶片不会受到损伤。
12、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述在氮化硼共晶赝格层上外延生长hvpe aln层步骤为：将生长有氮化硼共晶赝格层的pvt aln衬底放入hvpe生长设备中，在载气分压ph2:pn2为7:3，al、n原料流量比为1:3，于1400-1550℃，外延生长至少15h，得到hvpealn层。
13、需要说明的是，虽然al是固体，但外延生长hvpe aln层步骤中会有hcl气体流入装满金属al的反应舟，使得hcl和al反应生成alcl3气体，因此，al、n原料流量比为1:3。
14、本专利技术发现，当载气分压ph2:pn为7:3时，制备的hvpe aln晶片的杂质含量更低，c、si杂质含量在16次方量级，o杂质含量在17次方量级。紫外测试结果表明hvpe aln晶片的截止边位于207nm，280nm处紫外透过率超过60％，且265nm波段无明显吸收，这表明本专利技术制备的hvpe aln晶片具有深紫外波段高透过率的性能。
15、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述hvpe aln层的厚度为300-500μm。
16、当hvpe aln层太薄(小于300μm)，目前技术无法加工成片且加工过程易碎裂；当hvpe aln层太厚(大于500μm)，hvpe aln层在生长过程产生应力累积而开裂，因此，优选hvpe aln层的厚度300-500μm。
17、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，将所述pvt aln衬底和氮化硼共晶赝格层剥离步骤为：采用线切割将pvt aln衬底和氮化硼共晶赝格层剥离后，得到hvpe aln层，再将hvpe aln层磨抛，清洗，得到hvpe aln晶片。
18、第二方面，本专利技术还提供一种深紫外器件，包括：在上述制备方法得到的hvpe aln晶片上外延生长铝镓氮功能层，其中，外延生长的参数为：生长温度1000-1200℃，生长压力400-500mbar，nh3流量200-800sccm，al源流量50-100sccm，ga源流量为5-10sccm。
19、本专利技术实施例的有益效果是：
20、本专利技术对pvt aln衬底通过清洗、氢等离子体高温刻蚀的方法进行预处理，以除去pvt aln衬底表面吸附的c、o杂质，提高了后续氮化硼共晶赝格层界面生长的有序度，使得pvt aln衬底与氮化硼共晶赝格层的晶格排布高度一致；再在pvt aln衬底上生长氮化硼共晶赝格层，氮化硼共晶赝格层的存在，一方面不会影响pvt aln的晶格排列，还能抑制hvpe法高温生长aln层时，pvt aln衬底内未处理完的深度c、o杂质在高温hvpe条件下，从pvtaln层向上运输至hvpe aln层中，进而影响铝镓氮功能层的生长；另一方面氮化硼共晶赝格层的存在，有利于将pvt aln衬底和氮化硼共晶赝格层从hvpe aln层上剥离掉；最后，采用hvpe法在氮化硼晶赝格层表面同质外延生长(生长外延层和衬底为同种材料)hvpe aln层，经剥离pvt aln衬底和氮化硼共晶赝格层后，得到hvpe aln，再将hvpe aln层磨抛，清洗得到高纯度hvpe aln晶片。该高纯度hvpe aln晶片可较大程度的提高后续铝镓氮功能层的生长质量，进一步提高氮化铝衬底的深紫外波段透过率性能，解决了异质蓝宝石-氮化铝模板存在热失配及晶格失配，导致氮化铝晶格被拉伸，使得氮化铝材料与铝镓氮材本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高纯高透过率的AlN晶片的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述在PVT AlN衬底的第一表面上生长氮化硼共晶赝格层之前，还包括对PVT AlN衬底的预处理步骤，具体为：采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子轰击所述PVT AlN衬底的第一表面1-2h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子生长所述氮化硼共晶赝格层，其中，所述氮化硼共晶赝格层的厚度0.8-1nm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硼共晶赝格层的生长温度为500-600℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述氮化硼共晶赝格层上外延生长HVPE AlN层的步骤为：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述HVPE AlN层的厚度为300-500μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述PVT AlN衬底和氮化硼共晶赝格层剥离步骤为：采用线切割将PVT AlN衬底和氮化硼共晶赝格层剥离，再将HVPE AlN层磨抛，清洗，得到HVPE AlN晶片。
8.一种深紫外器件，其特征在于，包括：在权利要求1-7任一项所述制备方法得到的HVPE AlN晶片上外延生长铝镓氮功能层。
9.根据权利要求8所述的深紫外器件，其特征在于，在所述HVPE AlN晶片上外延生长铝镓氮功能层，其中，外延生长的参数为：生长温度1000-1200℃，生长压力400-500mbar，NH3流量200-800sccm，Al源流量50-100sccm，Ga源流量为5-10sccm。
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【技术特征摘要】
1.一种高纯高透过率的aln晶片的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述在pvt aln衬底的第一表面上生长氮化硼共晶赝格层之前，还包括对pvt aln衬底的预处理步骤，具体为：采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子轰击所述pvt aln衬底的第一表面1-2h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积系统的氢等离子生长所述氮化硼共晶赝格层，其中，所述氮化硼共晶赝格层的厚度0.8-1nm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硼共晶赝格层的生长温度为500-600℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述氮化硼共晶赝格层上外延生长hvpe aln层的步骤为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：王双，王再恩，孙科伟，张嵩，程红娟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：
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