专利名称：在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法
技术领域：
本发明提供一种制备氮化铝材料的工艺，特别是指一种在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法。
背景技术：
氮化铝材料是一种重要的第三代III-V族半导体材料，由于其极宽的禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率以及高温稳定性，在高温以及抗辐射器件制作，尤其是在当前反恐怖斗争中迫切需要的紫外光探测器等方面有着巨大的应用潜力。
在第三代半导体材料之中，氮化镓(GaN)一直是研究的热点，主要是由于具有第一代元素半导体(Si、Ge)以及第二代化合物半导体(GaAs、GaP、InP)所不具有的可以在高温、高频、大功率、抗辐射等极端条件下工作的优异性质，是制作高温大功率半导体器件的理想材料；并且是直接带隙材料，带隙较宽，发光效率高，在蓝光和紫外光光电子学领域占有重要地位。但是，由于现在的GaN薄膜一般都生长在蓝宝石衬底或者6H-SiC单晶衬底之上，不仅衬底材料成本高，同时不可能采用现有的成熟硅器件制造工艺，工艺成本也过高，其应用始终受到限制。
由于AlN具有极高的熔点，较高的介电常数，比GaN更宽的带隙宽度，在常见材料中其晶格常数与GaN匹配较好，可以保证GaN在高温、高频、高速环境下性能的发挥。采用Si/AlN结构，可以利用成熟的硅器件制作工艺，降低衬底成本以及器件制作工艺成本。所以采用Si/AlN结构作为生长最重要的第三代半导体材料氮化镓的衬底，可以使氮化镓基器件得到迅速的推广。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制备氮化铝材料的工艺，是以硅为衬底，利用磁控溅射方式制备氮化铝材料，在器件制造时就可以利用成熟的硅器件制作工艺制作光电子、微电子器件，也可以作为生长GaN材料的衬底，降低衬底成本以及器件制作工艺成本。
本发明一种在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选择硅单晶为衬底材料，选择铝或者氮化铝靶材为靶材；步骤2将硅单晶衬底材料送入磁控溅射仪；步骤3调整生长室气氛，调整氮气与氩气比例以及气体压力；步骤4加温，溅射生长氮化铝材料；步骤5原位保温或者退火，完成制备氮化铝材料工艺。
其中磁控溅射仪的工作气体采用氩气和氮气的混和气体。
其中所述的加温中的衬底温度保持在20℃-1000℃。
其中所述的退火是选择真空退火或者保护气体气氛退火，退火或者保温温度范围200℃-1300℃。
其中保护气体气氛退火，该保护气体为氮气或氩气。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是本发明的方法制备得到的材料结构图。
图2是表征本发明得到的材料性能的X射线衍射图谱。
具体实施例方式
本发明的对象是利用磁控溅射与退火工艺相结合在硅衬底上制备氮化铝材料的工艺。本发明采用磁控溅射方式，利用铝靶或者氮化铝靶材，在硅衬底上制备氮化铝材料。通过控制生长温度、溅射功率以及工作气体的成分、压力等参数，可以在硅衬底上面生长非晶以及晶体氮化铝材料。
请结合参阅图1，本发明的一种在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选择硅单晶为衬底材料1，选择铝或者氮化铝靶材为靶材；步骤2将硅单晶衬底材料送入磁控溅射仪，该磁控溅射仪的工作气体采用氩气和氮气的混和气体；步骤3调整生长室气氛，调整氮气与氩气比例以及气体压力；步骤4加温，溅射生长氮化铝材料，加温中的衬底温度保持在20℃-1000℃；
步骤5原位保温或者退火，所述的退火是选择真空退火或者保护气体气氛退火，退火或者保温温度范围200℃-1300℃，保护气体气氛退火，该保护气体为氮气或氩气，完成制备氮化铝材料2工艺。
实施例生长氮化铝晶体薄膜请结合参阅图1，采用磁控溅射仪和铝靶材，在氩气气氛中加温衬底1到设计温度600℃；通入氮气，调整氮气与氩气的比例为1∶1，气体总压力为0.1Pa；温度保持在设计温度范围进行溅射生长；退火，退火温度范围200℃-1300℃，可以得到具有单一取向的AlN晶体材料，其X射线衍射曲线如图2所示。
权利要求
1.一种在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选择硅单晶为衬底材料，选择铝或者氮化铝靶材为靶材；步骤2将硅单晶衬底材料送入磁控溅射仪；步骤3调整生长室气氛，调整氮气与氩气比例以及气体压力；步骤4加温，溅射生长氮化铝材料；步骤5原位保温或者退火，完成制备氮化铝材料工艺。
2.根据权利要求1所述的在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，其中磁控溅射仪的工作气体采用氩气和氮气的混和气体。
3.根据权利要求1所述的在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，其中所述的加温中的衬底温度保持在20℃-1000℃。
4.根据权利要求1所述的在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，其中所述的退火是选择真空退火或者保护气体气氛退火，退火或者保温温度范围200℃-1300℃。
5.根据权利要求4所述的在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，其中保护气体气氛退火，该保护气体为氮气或氩气。
全文摘要
一种在硅衬底上采用磁控溅射法制备氮化铝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选择硅单晶为衬底材料，选择铝或者氮化铝靶材为靶材；步骤2将硅单晶衬底材料送入磁控溅射仪；步骤3调整生长室气氛，调整氮气与氩气比例以及气体压力；步骤4加温，溅射生长氮化铝材料；步骤5原位保温或者退火，完成制备氮化铝材料工艺。
文档编号C23C14/58GK1824828SQ20051005240
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者杨霏, 陈诺夫 申请人:中国科学院半导体研究所