[发明专利]一种Si衬底无孔洞AlN薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种Si衬底无孔洞AlN薄膜的制备方法，包括步骤：在硅衬底先进行表面改性处理：将做改性处理的所述表面先进行铺Al，得到铺Al层，在所述铺Al层表面上在700‑900度下生长一层低温AlN层，然后升温到1100‑1350度生长高温AlN层。本发明对Si衬底表面改性后先生长低温AlN层再生长高温AlN层，使得AlN薄膜表面无孔洞，同时AlN薄膜中的螺位错明显降低，有利于制备高性能的AlN及AlGaN基器件。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜外延技术领域，尤其是涉及一种Si衬底无孔洞AlN薄膜的制备方法。

背景技术

深紫外LED（DUV LED）以其无毒环保、体积小巧、寿命长、热辐射低、可靠性高等优势，预计未来将逐步取代汞灯用于紫外线消毒。Yole development机构发布的《新冠疫情时期的DUV LED》报告中指出DUV LED杀毒是一种可靠的控制新冠疫情传播的解决方案。

虽然AlGaN基DUV LED前景一直被市场看好，但是在材料生长与器件制造方面一直存在诸多难题，其中获得低成本、高晶体质量且无孔洞的AlN薄膜材料就是其中之一。目前大部分AlGaN薄膜生长使用的衬底是蓝宝石。Si衬底技术是除蓝宝石衬底技术的另外一条可行的技术路线，而且Si衬底成本低、导热性好，同时具有与成熟的Si基集成电路技术兼容的潜力。

生长高质量AlN是制备高质量DUV的基础，但是由于Al的迁移率低，而且Si衬底与AlN之间存在较大的晶格失配和热失配，导致高质量AlN薄膜生长困难，容易产生孔洞，基于这样的AlN薄膜生长AlGaN材料时又容易生长出有孔洞且晶体质量差的AlGaN，不利于制备高性能的DUV LED。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在Si衬底上制备出无孔洞的AlN薄膜的制备方法，为高质量AlGaN材料的生长及DUV LED的制备提供基础。

本发明的目的是这样实现的：

一种Si衬底无孔洞AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1、在MOCVD反应室内对Si衬底进行高温表面改性处理；

2、在改性过的Si衬底表面上铺Al，得到铺Al层；

3、在铺Al层上生长一层低温AlN层；

4、在低温AlN层上生长高温AlN层。

在步骤1中，所述高温表面改性处理为：将MOCVD反应室升温至1100--1350℃，向反应室通入氨气，并处理20--60分钟。

在步骤3中，所述低温AlN层的生长温度为700度--900度，生长厚度为75--300Å。

在步骤4中，所述的高温AlN层的生长温度为1100度--1300度。

本发明的有益技术效果在于：先对Si衬底进行表面改性形成SiNx，可有效地阻挡铺Al层中的Al向Si衬底的扩散，提高AlN晶体质量；在Si衬底和高温AlN层之间插入一定厚度的低温AlN层，可减少高温AlN层受到的张应力，消除AlN薄膜的孔洞；插入低温AlN层能够降低AlN薄膜位错中的螺位错，有利于制备高性能的AlN及AlGaN基器件。

附图说明

图 1是本发明Si衬底无孔洞AlN薄膜的外延结构示意图;

图2是发明中实施例1生长的AlN薄膜的扫描电镜测试图像；

图3为本发明实施例1生长的AlN薄膜的原子力显微镜示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。