[发明专利]一种硅衬底氮化铝薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅衬底氮化铝薄膜的制备方法，它是在高温下向反应室通入NHsubgt;3/subgt;和TMIn，对硅衬底表面进行预处理，可有效地降低AlN中的位错密度，减小AlN表面粗糙度，然后进行铺铝，最后生长AlN层，获得表面平整、无孔洞高质量的AlN薄膜。本发明的制备方法易于实现，便于大规模生产，可广泛应用于制造硅衬底III族氮化物LED以及电力电子器件等半导体器件领域。

技术领域

本发明涉及半导体材料的外延生长技术领域，尤其是涉及一种硅衬底氮化铝薄膜的制备方法。

背景技术

硅衬底作为III族氮化物外延生长最常用的异质衬底材料之一，具有高结晶质量、低成本、大尺寸、易剥离、良好的导电导热性等优点，同时具有与现有成熟的硅基集成电路技术兼容的潜力，使其在硅基光电子集成和更加小型化、高集成化器件发展方向等方面具有独特的优势。

在硅衬底生长高质量AlN是制备高性能硅衬底紫外LED和电力电子器件的基础，但由于硅衬底与AlN材料之间存在较大的晶格失配以及热失配，且MOCVD生长过程中Al较难横向迁移，导致AlN薄膜位错密度大，容易产生孔洞，导致难以在硅衬底上获得无孔洞的高质量AlN薄膜。

目前，国内外已有多项技术，聚焦于在硅衬底和AlN之间生长界面插入层，以获得更高质量的AlN材料。采用较多的方法包括：先通入TMAl，在硅衬底上预铺铝，再通入NH₃生长AlN；或者先通入NH₃，在硅衬底表面生成SiN，再通入TMAl生长AlN等。然而，在以上界面插入层的基础上生长的AlN，仍然存在表面孔洞难以消除等问题。为了进一步提升AlN薄膜的质量，减少表面孔洞，需要寻求一种新的AlN生长方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅衬底氮化铝薄膜的制备方法，它是先高温通入NH₃和TMIn，对硅衬底的表面进行预处理，然后生长AlN，从而获得无孔洞的高质量AlN薄膜。

本发明的目的是这样实现的：

一种硅衬底氮化铝薄膜的制备方法，特征是：包括以下步骤：

A、硅衬底高温烘烤：将硅衬底放入MOCVD反应室内，升温至1000—1350℃，在H₂气氛下对硅衬底进行烘烤，清除表面污染；

B、硅衬底表面预处理：调整温度至1000—1300℃，向反应室通入NH₃和TMIn，对硅衬底表面进行预处理；

C、铺铝：停止通入NH₃和TMIn，通入TMAl，在进行过预处理的硅衬底表面均匀覆盖Al金属层；

D、生长AlN层：通入NH₃和TMAl，生长AlN外延层。

进一步地，所述硅衬底表面预处理的过程为：先通入TMIn、后通入NH₃，或者NH₃与TMIn同时通入，或者先通入NH₃后通TMIn。

进一步地，所述硅衬底表面预处理的过程，NH₃和TMIn的摩尔流量比为10:1—10000:1。

进一步地，铺铝的温度为900℃—1300℃。

本发明的有益技术效果在于：首先向MOCVD反应室内通入NH₃和TMIn，对硅衬底表面进行预处理，可有效地降低AlN中的位错密度，减小AlN表面粗糙度，获得无孔洞高质量的AlN薄膜。本发明的制备方法易于实现，便于大规模生产，可广泛应用于制造硅衬底III族氮化物LED以及电力电子器件等半导体器件领域。

附图说明

图1为本发明硅衬底AlN薄膜的外延结构示意图；

图2为本发明实施例1生长的AlN薄膜的扫描电镜测试图像；