[发明专利]一种改善AlN薄膜晶体质量的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ⅲ族氮化物的金属有机物化学气相沉积MOCVD生长技术领域，特别是改善AlN薄膜晶体质量的生长方法。

背景技术

基于高质量的高Al组分AlGaN外延薄膜的深紫外DUV发光器件和探测器件可以广泛应用在消毒杀菌、水和食品处理、生化检测、信息储存、雷达探测和保密通讯等领域，市场潜力和应用前景十分巨大。而高晶体质量的AlN衬底和模板是制备上述高性能深紫外发光和探测器件的核心基础。

目前高质量的AlN单晶衬底价格昂贵、制备难度高。因此，现有技术中，国际研究者选择在蓝宝石衬底上采用金属有机物化学气相沉积制备高质量的AlN薄膜，往往选择两步法或脉冲法技术。

Al-N键能为2.88eV(Ga-N键能为1.93eV)，是III族氮化物中最高的，所以Al原子键合后很难脱附，在生长表面迁移所需要的激活能很高。因此，上述两步法制备中，AlN外延生长主要表现为三维岛状模式，表面粗糙，岛合并容易产生位错和晶界，导致位错密度很大，严重影响AlGaN基紫外电器件的性能。另外，由于AlN与蓝宝石衬底之间还存在较高的热失配与晶格失配，加剧了晶体质量的恶化。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种改善AlN薄膜晶体质量的生长方法。用该方法制备的AlN薄膜，具有位错密度小、表面平整度好的特点。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种改善AlN薄膜晶体质量的生长方法，采用两步法生长AlN薄膜，其特征在于，包括以下步骤：

1）清洁烘烤衬底；

2）氮化或预通三甲基铝；

3）低温生长AlN缓冲层；

4）升温退火；

5）高温生长AlN薄膜；

上述步骤3）和步骤5）中至少有一个步骤需通入三甲基镓作为表面活性剂。

在上述生长方法中，所述步骤1）的衬底采用蓝宝石、硅或者碳化硅中的一种。

在上述生长方法中，所述步骤2）的氮化或预通三甲基铝过程温度为500-1100℃，反应室压力为20-200mbar，时间为5-120s。

在上述生长方法中，所述步骤3）中的AlN缓冲层外延生长温度为500-1200℃，反应室压力为20-200mbar，缓冲层厚度为5-100nm，Ⅴ/Ⅲ比为100-10000。

在上述生长方法中，所述步骤5）中的AlN薄膜外延生长温度为1000-1400℃，反应室压力为20-200mbar，AlN薄膜厚度为1-5μm，Ⅴ/Ⅲ比为10-1000。

在上述生长方法中，所述通入三甲基镓作为表面活性剂，三甲基镓与三甲基铝的流量摩尔比为0.1-1，实际掺入AlN层中的Ga组分为0.01-0.1。

在上述生长方法中，所述步骤5）中在高温生长AlN薄膜时，表面活性剂三甲基镓的通入阶段是整层或者整层的其中某一部分。

在上述生长方法中，所述生长AlN方法为金属有机物化学气相沉积法。

本发明由于采用了上述方法，同现有技术相比具有如下优点：

本发明AlN外延层的生长方法采用两步法，在低温生长AlN缓冲层或者高温生长AlN薄膜时通入三甲基镓作为表面活性剂，或者在低温生长AlN缓冲层和高温生长AlN薄膜时都通入三甲基镓作为表面活性剂，均可改善晶体质量和表面形貌。利用表面迁移能力相对较好的Ga原子提高生长表面Ⅲ族金属原子的迁移能力，促进台阶流生长，改善表面平整度，使得较低的生长温度就能实现AlN 的二维生长模式。另外，本发明在AlN生长成核或成核合并的时候，掺入Ga原子增大AlN晶粒的成核尺寸，能够有效减少生长岛合并时候带来的位错。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明生长方法的流程图；

图2是本发明实施例一中在通入和不通入三甲基镓所生长的AlN薄膜的XRD(102)面的摇摆曲线比较图；

图3是本发明实施例一中在通入和不通入三甲基镓所生长的AlN薄膜的三轴ω-2θ扫描曲线比较图。

具体实施方式

参看图1，本发明改善AlN薄膜晶体质量的生长方法，采用两步法生长AlN薄膜，包括以下步骤：

1）清洁烘烤衬底；衬底采用蓝宝石、硅或者碳化硅中的一种。

2）氮化或预通三甲基铝；氮化或预通三甲基铝过程温度为500-1100℃，反应室压力为20-200mbar，时间为5-120s。