[发明专利]氮化铝模板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化铝模板及其制备方法。所述氮化铝模板的制备方法包括：将衬底置于反应腔室内，并于衬底上制备AlN或BN缓冲层；于所述AlN或BN缓冲层上制备AlN外延层，并在所述AlN外延层内制备形成至少BAlN插入层，进而形成所述的氮化铝模板。本发明实施例提供的氮化铝模板及其制备方法，通过高温沉积AlN或者BN缓冲层，可采用初始生长中AlN或者BN中的反相畴，实现位错密度的降低和应力的弛豫；同时外延生长中采用间断供应硼源的方法，进一步利用BAlN插入层释放了外延生长过程中积累的应力和降低了缺陷密度，保证高质量AlN单晶薄膜或者厚膜的生长；由于BN的带隙与AlN的带隙接近，所以不影响紫外光的透过率。

技术领域

本发明涉及一种氮化铝模板的制备方法，特别涉及一种氮化铝模板及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

氮化铝作为三代半导体材料，其在光电子和电子器件方面都有了普遍的应用前景。具有良好的物理化学性质，如良好的介电性能，击穿场强高，热导率高，稳定性好漂移速率快等。又因为其带隙为6.2eV左右，是可能的深紫外发光的最有可能的材料之一，有希望克服深紫外发光现存的一系列问题，与现有的汞灯相比，有环保、工作电压和功耗较低等优势。另外AlN基化合物也是研制大功率器件的重要材料，因此对于AlN基板的研究对其它器件的研究有着极为重要的决定作用。

生长AlN衬底的方法有很多种，如金属有机物气相外延法(MOCVD)、物理气相传输法(PVT)和氢化物气相外延法(HVPE)等。MOCVD法虽然能够制备大面积AlN薄膜材料，但是局限于生长速率难以提高(通常几百纳米每小时)以及由于热失配和晶格失配导致的较大应力，普通方法生长1微米以上，或者通过刻蚀衬底并采用侧向外延方法生长3个微米以上，AlN通常会出现微裂纹。PVT方法虽然能够提高较高的生长速率，并且结晶质量也非常高(位错密度能够降低到104cm^-2)，但是材料中通常存在高密度的点缺陷而导致材料难以透明，制约了其在深紫外光电子器件的应用。HVPE方法生长速率较快，适合大面积制备衬底材料。

目前HVPE法制备AlN/异质衬底模板的关键难题是由于所用的衬底材料与氮化物外延膜的晶格和热膨胀系数失配，当外延膜厚度超过1个微米时就会因应力而开裂，并且晶面弯曲，不能得到大尺寸，高质量的晶片，采用图形衬底，可以将不开裂厚底提高到5微米以上，但是有些异质衬底，如蓝宝石、SiC、金刚石等的刻蚀工艺复杂，导致模板生产成本提高，不适合规模生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化铝模板及其制备方法，解决在蓝宝石衬底上高温外延生长AlN材料中，由失配导致的高缺陷密度和晶片开裂的技术问题，并获得高质量的2-50μm的AlN单晶薄膜或者厚膜模板，进而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种氮化铝模板的制备方法，其包括：

将衬底置于反应腔室内，并于衬底上制备AlN或BN缓冲层；

于所述AlN或BN缓冲层上制备AlN外延层，并且在所述AlN外延层内制备形成至少BAlN插入层，进而形成所述的氮化铝模板。

在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法包括：向反应腔室内通入氮源、铝源，并于1400-1500℃条件下在衬底上生长AlN缓冲层；或者，向所述反应腔室内通入氮源、硼源，并于1400-1500℃条件下在衬底上生长BN缓冲层。

在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法包括：向反应腔室内通入氮源、铝源，并于1400-1550℃条件下在AlN或BN缓冲层上生长AlN外延层，并至少在生长AlN外延层的过程中向反应腔室内通入硼源，进而在所述AlN外延层内生长形成至少一层BAlN插入层。