[发明专利]基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法在审
| 申请号： | 201811625620.9 | 申请日： | 2018-12-28 |
| 公开（公告）号： | CN109727847A | 公开（公告）日： | 2019-05-07 |
| 发明（设计）人： | 谭波;张骏;张毅;胡加辉;陈长清;戴江南 | 申请（专利权）人： | 华中科技大学鄂州工业技术研究院;华中科技大学 |
| 主分类号： | H01L21/02 | 分类号： | H01L21/02;H01L31/0304;H01L33/12;H01L33/32 |
| 代理公司： | 武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙) 42231 | 代理人： | 黄君军 |
| 地址： | 436044 湖北*** | 国省代码： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 蓝宝石 衬底 制备 金属有机化学气相沉积法 表面沉积 外延层 物理气相沉积法 表面裂纹 衬底表面 位错缺陷 有效减少 平整度 沉积 | ||
本发明公开了一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法，所述基于蓝宝石衬底的AlN薄膜制备方法为：采用物理气相沉积法于蓝宝石衬底表面沉积30nm厚的AlN缓冲层；采用金属有机化学气相沉积法于所述AlN缓冲层表面沉积50nm厚的AlN插入层；采用金属有机化学气相沉积法于所述AlN插入层表面沉积1.5μm厚的AlN外延层。本发明有效降低了AlN外延层的位错缺陷密度，改善了表面品平整度，并有效减少了AlN薄膜的表面裂纹。
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法。
背景技术
AlGaN材料作为第三代宽禁带半导体材料中的典型代表，具备直接带隙，禁带宽度大且可调，优良化学稳定性及光电性能等众多优势，是制备紫外LED器件和探测器等光电器件的关键材料，是近年来国内外研究的热点。从生长应变和光透过率的角度考虑，要想制备高质量的AlGaN材料及相关器件，采用AlN同质衬底和AlN/蓝宝石模版衬底是较为理想的选择。由于传统技术缺少低成本、高质量、大尺寸的AlN单晶衬底，相比于AlN同质衬底来说，在廉价且工艺较成熟的蓝宝石衬底上生长AlN薄膜将是该领域的主流技术发展路线。
近年来，溅射AlN/蓝宝石衬底已被广泛应用于GaN的外延生长，其优点是简化了生长过程，减小了外延层与衬底之间的晶格失配，从而达到改善外延层晶体质量和结构特性的作用。然而，蓝宝石衬底与AlN外延层仍然存在的大晶格失配和热失配，在溅射AlN缓冲层上直接外延生长获得的AlN薄膜晶体质量较差，且生长超过一定厚度(约800nm)会因应力累积导致表面开裂。故急需提出一种新的工艺手段来解决传统工艺中AlN外延层位错密度大、表面平整度不佳等问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是，提供一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法，解决了传统工艺中AlN外延层位错密度大、表面平整度不佳等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜制备方法为：采用物理气相沉积法于蓝宝石衬底表面沉积30nm厚的AlN缓冲层；采用金属有机化学气相沉积法于AlN缓冲层表面沉积50nm厚的AlN插入层；采用金属有机化学气相沉积法于AlN插入层表面沉积1.5μm厚的AlN外延层。
其中，物理气相沉积法为磁控溅射。
其中，采用金属有机化学气相沉积法于AlN缓冲层表面沉积50nm厚的AlN插入层的步骤为：在AlN缓冲层沉积完成后，采用金属有机化学气相沉积法于AlN缓冲层上沉积50nm的AlN插入层，且生长压力为50Torr，控制生长温度由825℃线性渐变到875℃，并同时保持三甲基铝的源流量不变，线性减小NH3的气流量，使反应源V/III气氛比由4000线性渐变到2000。
其中，采用金属有机化学气相沉积法于AlN插入层表面沉积1.5μm厚的AlN外延层的步骤为：在AlN插入层沉积完成后，采用金属有机化学气相沉积法于AlN插入层上沉积1.5μm的AlN外延层，且生长压力为40Torr，温度为1080℃，反应源V/III气氛比为180。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜，该基于蓝宝石衬底的AlN薄膜是由上述基于蓝宝石衬底的AlN薄膜制备方法制得。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种基于蓝宝石衬底的AlN薄膜及制备方法，有效降低了AlN外延层位错密度，改善了表面品平整度，并有效减少了AlN薄膜材料的裂纹。
附图说明
图1是本发明中基于蓝宝石衬底的AlN薄膜制备方法一实施方式的流程示意图；
图2是本发明中基于蓝宝石衬底的AlN薄膜一实施方式的结构示意图；
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