一种基于预沉积技术的AlN薄膜的制备方法及AlN薄膜与流程

本发明涉及iii族氮化物半导体薄膜材料，具体涉及一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法及aln薄膜。

背景技术：

1、aln作为宽禁带半导体材料之一应用广泛，近年来尤其在深紫外发光、探测和通讯领域被深入研究。现有的aln薄膜制备技术一般都是在蓝宝石、硅、碳化硅和金刚石等衬底上使用mocvd技术异质外延，但由于这些异质衬底与aln薄膜的晶格失配和热失配，通过缓冲层过渡方式直接生长aln难度大、质量差，导致aln薄膜往往有很高的位错密度(10-9～-10cm-2)，严重影响aln器件性能及其应用。以深紫外led为例，延伸到量子阱中的大量位错会极大限制发光效率的提升。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法。

2、本发明的目的在于提供一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法制备的aln薄膜。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，包括以下步骤：

5、首先低温下低功率远程等离子体处理衬底表面；

6、然后将衬底升温至中温，在所述衬底表面采用原子层沉积法预铺设ain成核层；

7、最后高温下采用金属有机化学气相沉积法在ain成核层外延生长aln单晶薄膜层。

8、作为其中一个优选方案，在进行低功率远程等离子体处理衬底表面时，将气体前驱体通入腔室内，所述气体前驱体是nh3、n2、ar的一种或几种的组合体。

9、作为其中一个优选方案，所述低温为衬底温度控制在25℃至300℃，所述低功率为气体离化功率50w至500w，所述低功率远程等离子体处理衬底表面的处理时间为5s至20min。

10、作为其中一个优选方案，所述原子层沉积法预铺设ain成核层时，向腔室内交替通入高纯al源和nh3，载气是n2、ar的一种或其组合，所述高纯al源选为有机铝化合物。

11、作为其中一个优选方案，所述高纯al源选用三甲基铝。

12、作为其中一个优选方案，所述中温为衬底温度控制在200℃至400℃，nh3的离化功率500w至3000w。

13、作为其中一个优选方案，在所述金属有机化学气相沉积法生长aln单晶薄膜层步骤中，向腔室内通入三甲基铝和nh3，载气是n2、h2的一种或其组合。

14、作为其中一个优选方案，所述高温为衬底温度控制在800℃至1400℃，腔室内压力为100torr至500torr。

15、作为其中一个优选方案，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金刚石。

16、一种根据所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法制备的aln薄膜，所述aln成核层的厚度为5nm至50nm，所述aln单晶薄膜层的厚度为5nm至5μm。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明的方法通过低温下低功率远程等离子体表面处理可以去除衬底表面污染物和本征氧化物，使用nh3、n2为前驱体时，不仅可以有效降低衬底表面残留，还可以进一步氮化衬底表面，为后续aln生长奠定基础；

19、中温下ald预铺设aln成核层，利用ald独有的自限制逐层生长模式，充分发挥其良好的薄膜生长质量与保形性的优势，有效解决直接使用mocvd采用缓冲层过渡方式生长aln难度大、质量差等问题，提升大失配异质外延的质量；

20、高温下mocvd生长aln单晶薄膜层之前的升温和温度稳定的过程，还可以为前一步中温预铺设的aln成核层起到退火作用，从而提高成核层的致密度和晶体质量。

技术特征：

1.一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，在进行低功率远程等离子体处理衬底表面时，将气体前驱体通入腔室内，所述气体前驱体是nh3、n2、ar的一种或几种的组合体。

3.根据权利要求2所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述低温为衬底温度控制在25℃至300℃，所述低功率为气体离化功率50w至500w，所述低功率远程等离子体处理衬底表面的处理时间为5s至20min。

4.根据权利要求1所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述原子层沉积法预铺设ain成核层时，向腔室内交替通入高纯al源和nh3，载气是n2、ar的一种或其组合，所述高纯al源选为有机铝化合物。

5.根据权利要求4所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述高纯al源选用三甲基铝。

6.根据权利要求5所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述中温为衬底温度控制在200℃至400℃，nh3的离化功率500w至3000w。

7.根据权利要求6所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，在所述金属有机化学气相沉积法生长aln单晶薄膜层步骤中，向腔室内通入三甲基铝和nh3，载气是n2、h2的一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述高温为衬底温度控制在800℃至1400℃，腔室内压力为100torr至500torr。

9.根据权利要求1所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金刚石。

10.一种根据如权利要求1-9任一项所述的一种基于预沉积技术的aln薄膜的制备方法制备的aln薄膜，其特征在于，所述aln成核层的厚度为5nm至50nm，所述aln单晶薄膜层的厚度为5nm至5μm。

技术总结
本发明涉及III族氮化物半导体薄膜材料技术领域，公开了一种基于预沉积技术的AlN薄膜的制备方法及AlN薄膜，AlN薄膜包括衬底、AlN成核层和AlN单晶薄膜层，其制备方法包括以下步骤：首先低温下低功率远程等离子体处理衬底表面；然后衬底升温至中温，采用原子层沉积法预铺设AIN成核层；最后高温下采用金属有机化学气相沉积法外延生长AlN单晶薄膜层。本发明利用ALD独有的自限制逐层生长模式，充分发挥其良好的薄膜生长质量与保形性的优势，有效解决MOCVD采用缓冲层过渡方式生长AlN难度大、质量差问题，提升大失配异质外延的质量；MOCVD高温生长AlN单晶薄膜层之前的升温和温度稳定的过程，可以为预铺设的AlN成核层起到退火作用，提高成核层的致密度和晶体质量。

技术研发人员：殷海波,刘新宇,王鑫华,王大海,海宇,李敏,李素文
受保护的技术使用者：天津市滨海新区微电子研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24