[發明專利]一種氮化鋁膜的生長方法和應用

有效

• 申請號: 201810171796.5
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108538968B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 黃小輝;梁旭東;鄭遠志
• 申請（專利權）人: 馬鞍山杰生半導體有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/12;B82Y40/00
• 代理公司: 11205 北京同立鈞成知識產權代理有限公司
• 代理人: 陶敏;黃健<國際申請>=<國際公布>=<

本發明提供一種氮化鋁膜的生長方法和應用，生長方法包括以下步驟：1)通入三甲基鋁和氨氣，在襯底上生成第一氮化鋁層；2)對第一氮化鋁層進行納米級柱體蝕刻處理，得到柱體凹陷氮化鋁層，所述柱體凹陷氮化鋁層中具有多個納米級柱體凹陷；3)控制反應室的溫度和壓力，通入三甲基鋁和氨氣，在柱體凹陷氮化鋁層上生成第二氮化鋁層；4)控制反應室的溫度和壓力，通入三甲基鋁和氨氣，在第二氮化鋁層上生成第三氮化鋁層；其中，步驟3)中氨氣和三甲基鋁的摩爾流量比小于步驟4)中氨氣和三甲基鋁的摩爾流量比；氮化鋁膜為第一氮化鋁層、第二氮化鋁層和第三氮化鋁層的集合。本發明能夠顯著提高AlN薄膜晶體質量。

技術領域

本發明涉及技一種氮化鋁膜的生長方法和應用，屬于發光二極管技術領域。

背景技術

氮化鋁(AlN)屬于第三代寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度高，擊穿電場高，熱導率高，電子飽和速率高以及抗輻射能力高等優點。AlN晶體具有穩定的六方纖鋅礦結構，晶格常數AlN在III-V族不半導體材料中具有最大的直接帶隙，約6.2eV，是重要的藍光和紫外發光材料。其熱導率高，電阻率高，擊穿場強大，介電系數小，是優異的高溫高頻和大功率器件用電子材料。并且，沿c軸取向的AlN具有非常好的壓電特性和聲表面波高速傳播性，是優異的聲表面波器件用壓電材料。同時，AlN晶體與氮化鎵晶體有非常接近的晶格常數和熱膨脹系數，是外延生長AlGaN光電器件的優選襯底材料。基于AlN薄膜以上優異的特性，AlN薄膜材料被廣泛用于紫外探測器，高電子遷移率晶體管(HEMT)，紫外發光二極管(LED)。

雖然AlN具有諸多的優點，但是AlN材料卻非常難以制備。制備AlN需要高溫設備以及精準的源流量控制系統。目前制備高質量AlN薄膜存在以下難點：(1)因Al原子的遷移速率非常慢，需要高溫設備提升Al原子在襯底表面的遷移速率。一般地，高溫設備的溫度需要超過1200℃；(2)AlN和襯底之間的晶格失配較低，如此會導致AlN薄膜在生長過程中容易產生巨大的內應力，而應力釋放最終會在AlN薄膜表面產生嚴重的裂紋；(3)為了減少或消除表面裂紋，降低厚度是一個方向，但是厚度降低將會使得AlN薄膜的晶體質量惡化，以致無法滿足器件制備的需要；(4)AlN薄膜在生長過程中，隨著厚度的增加還會出現線缺陷和位錯等缺陷；(5)AlN薄膜的高晶體質量和AlN薄膜的完整無裂紋是兩個相互矛盾的技術難題，目前為了獲得高質量AlN薄膜，一定程度上需要犧牲表面特性，而為了獲得優良的表面特性必將導致AlN薄膜的晶體質量下降。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種氮化鋁膜的生長方法和應用，該方法既能使得AlN薄膜生長過程中的應力得到很好地釋放，消除AlN薄膜的表面裂紋，同時，可以增加AlN的生長厚度以及降低AlN薄膜生長過程中會出現的位錯和線缺陷，顯著提高AlN薄膜晶體質量，從而有利于提升AlN薄膜材料上制備器件的性能。

本發明提供一種氮化鋁膜的生長方法，包括以下步驟：

1)將襯底層放入生長設備的反應室后，通入三甲基鋁和氨氣，在所述襯底上生成厚度為200-2000nm的第一氮化鋁層；

2)對所述第一氮化鋁層進行納米級柱體蝕刻處理，得到柱體凹陷氮化鋁層，所述柱體凹陷氮化鋁層中具有多個納米級柱體凹陷；

3)控制所述反應室的溫度為1300-1500℃，壓力為20-100mbar，通入三甲基鋁和氨氣，在所述柱體凹陷氮化鋁層上生成厚度為200-1000nm的第二氮化鋁層；

4)控制所述反應室的溫度為1100-1400℃，壓力為50-300mbar，通入三甲基鋁和氨氣，在所述第二氮化鋁層上生成厚度為500-4000nm的第三氮化鋁層；

其中，步驟3)中氨氣和三甲基鋁的摩爾流量比小于步驟4)中氨氣和三甲基鋁的摩爾流量比；所述氮化鋁膜為所述第一氮化鋁層、第二氮化鋁層和第三氮化鋁層的集合。