[发明专利]AlN薄膜的制备方法

说明书

一种AlN薄膜的制备方法，包含以下步骤：步骤1：将外延用的基底退火；步骤2：在基底上生长第一AlN层，生长温度与步骤1退火温度相同；步骤3：在第一AlN层上生长第二AlN层，该第二AlN层的生长温度和Al源流量是渐变的；步骤4：在第二AlN层上生长恒温恒源的第三AlN层。本发明的方法工艺简单，可实现高稳定性、高重复性的低位错AlN外延材料制备。

技术领域

本发明涉及半导体外延生长技术领域，尤其涉及采用金属有机化学气相沉积制备高质量AlN薄膜的制备方法。

背景技术

AlN半导体材料禁带宽度6.2eV，属于第三代宽禁带半导体材料，击穿电压高、电子饱和速度大、稳定抗腐蚀等优点，并且具有较强的自发和压电极性，很高的表面声学波速度，可以形成AlGaN合金实现带隙连续变化，制备异质结器件结构。因此氮化铝基宽禁带材料凭着优良的半导体特性在前沿光电子和微电子器件研究领域受到广泛的青睐，是固态紫外光源、光电探测器、高温大功率电力电子等方面均有重大应用的半导体材料，而随着第三代半导体器件、芯片的广泛应用，对AlN基的高铝氮化物半导体材料的需求将不断增长。

目前AlN材料的质量还难以满足器件的高性能要求，主要原因一是由于缺乏高质量大尺寸的同质衬底，目前主要采用蓝宝石等异质衬底外延，由于存在巨大的晶格失配和热失配，产生大量位错等缺陷。二是AlN本身对外延生长工艺条件要求苛刻，由于Al原子在外延表面迁移能力差，以及反应源预反应强烈，导致AlN在成核及生长过程中容易形成各种缺陷。因此现有AlN外延技术工艺过程一般主要侧重于衬底处理、中低温成核和高温生长几个方面。但中低温成核层或者二次外延层上直接高温快速生长，将不利于缓解应变，不利于降低穿透位错密度，甚至产生新的位错源，因此无论是原位中低温缓冲层上高温AlN生长，还是在溅射AlN或外延AlN厚层基底上二次外延，中间都需要有合适的过渡生长工艺，进一步减小应力，降低缺陷密度。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备高质量的AlN薄膜的制备方法，具体是一种从基底转变到高温AlN生长时的过渡外延技术。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种AlN薄膜的制备方法，包含以下步骤：

步骤1：将外延用的基底退火；

步骤2：在基底上生长第一AlN层，生长温度与步骤1退火温度相同；

步骤3：在第一AlN层上生长第二AlN层，该第二AlN层的生长温度和Al源流量是渐变的；

步骤4：在第二AlN层上生长恒温恒源的第三AlN层。

本发明的上述技术方案具有如下优点和有益效果：利用本方法，在基底上经过合适的过渡处理和过渡层生长工艺，进一步减小应力，降低高温AlN的缺陷密度，表面平整。和现有一般方法相比，在其他生长工艺条件和厚度相同的情况下，利用本方法得到的AlN外延薄膜，XRD扫描(102)半高宽有明显的改善，降低了100-200arcsec，(002)半高宽也有所改善，说明降低了外延膜中螺型和刃型位错密度。该方法工艺简单，可实现高稳定性、高重复性的低位错AlN外延材料制备。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1示出了本发明提供的一种AlN薄膜的制备方法的步骤框图；

图2示出了本发明实施例1中采用本方法生长的的AlN结构示意图。

具体实施例