[發(fā)明專利]極性可控的高質(zhì)量AlN模板制備方法

在審

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111676451A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉志彬;郭亞楠;閆建昌;李晉閩;王軍喜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;C23C14/58
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

一種AlN模板制備方法，包括以下步驟：提供襯底；采用磁控濺射技術在所述襯底上沉積AlN薄膜，厚度為0.001微米至10微米，過程中通入含氧氣體、純氮氣或氮氣和惰性氣體的混合氣體，形成低質(zhì)量AlN模板；其中，若通入含氧氣體，則得到Al極性面高質(zhì)量AlN模板；若通入不含氧氣體而只含有氮氣和惰性氣體，且惰性氣體比例較低或濺射功率較低時，使得襯底表面形成富氮條件，則得到N極性面或混合極性面的高質(zhì)量Al模板；若惰性氣體比例較高或濺射功率較高時，使得襯底表面形成富Al條件，則得到混合極性面或N極性面高質(zhì)量AlN模板；將得到的低質(zhì)量AlN模板放入高溫腔室中進行高溫退火處理，得到高質(zhì)量AlN模板。

技術領域

本發(fā)明涉及氮化物半導體制備技術領域，具體涉及一種極性可控的高質(zhì)量AlN模板制備方法。

背景技術

AlGaN基深紫外發(fā)光二極管(LED)具有亮度高，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，已被公認為新一代紫外光源，在近幾年得到大力發(fā)展。AlGaN電力電子器件，如HEMT器件等，具有耐壓能力強、尺寸小、能量損耗小等特點，將會得到廣泛應用。這些器件的制備一般需要使用AlN模板，而AlN的極性面和材料質(zhì)量直接決定器件的性能。

氮化物半導體在c軸方向的鍵能不對稱。對于不同極性面，原子的排列順序不同，導致不同的極化強度，以及不同的表面態(tài)。這種不同的極化強度直接影響氮化物器件的能帶結(jié)構(gòu)，導致極化載流子的種類不同以及其注入效率等不同。例如在氮極性面的GaN模板上生長氮極性面的AlGaN，在界面出生成空穴載流子，可以制作增強型異質(zhì)結(jié)場效應管。在氮極性面AlN模板上生長氮極性面的LED結(jié)構(gòu)，可以提高空穴載流子的注入并增強電子的阻擋作用。一般來說，生長金屬極性面或氮極性面的深紫外光電器件或電力電子器件，需要金屬極性面或氮極性面的AlN模板。并且AlN模板的位錯密度為紫外光電器件提供非輻射復合通道并降低器件內(nèi)量子效率。位錯也為電子器件提供漏電通道，增加損耗。

因此，提出一種高質(zhì)量AlN模板極性面控制方法及其制備方法尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種極性可控的高質(zhì)量AlN模板制備方法，以期部分地解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一方面，提供了一種AlN模板制備方法，包括以下步驟：

提供襯底；

采用磁控濺射技術在所述襯底上沉積AlN薄膜，厚度為0.001微米至10微米，過程中通入含氧氣體、純氮氣或氮氣和惰性氣體的混合氣體，形成低質(zhì)量AlN模板；其中，若通入含氧氣體，則得到Al極性面高質(zhì)量AlN模板；若通入不含氧氣體而只含有氮氣和惰性氣體，且惰性氣體比例較低或濺射功率較低時，使得襯底表面形成富氮條件，則得到N極性面或混合極性面的高質(zhì)量Al模板；若惰性氣體比例較高或濺射功率較高時，使得襯底表面形成富Al條件，則得到混合極性面或N極性面高質(zhì)量AlN模板；

將得到的低質(zhì)量AlN模板放入高溫腔室中進行高溫退火處理，得到高質(zhì)量AlN模板。

其中，所述襯底的樣式包括圖形化襯底和平片襯底；襯底材料為藍寶石、SiC、石英玻璃或金屬耐高溫材料。

其中，所述磁控濺射采用Al靶材，濺射溫度0℃-1000℃。

其中，所述高溫退火時，在純氮氣或包含氮氣的混合氣體下，進行1小時-5小時退火，退火溫度1000℃～2000℃。

其中，在所述高溫退火的步驟中，將兩片低質(zhì)量AlN模板的AlN薄膜面對面疊在一起地放入高溫爐中，或者將一片AlN模板的AlN薄膜面與一片襯底的光滑表面面對面疊在一起地放入高溫爐，防止高溫過程中AlN分解。

其中，在所述磁控濺射過程中，采用的含氧氣體包括氧氣、一氧化碳、一氧化氮或臭氧。