CN102412123A - 一种氮化铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化铝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a)衬底清洗；b)衬底除气；c)衬底氮化；d)氮化铝成核层生长；e)氮化铝外延层生长。本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种工艺简单，污染少，环保节能，成本低的氮化铝的制备方法。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种化合物半导体材料的制备方法，更具体地说是一种氮化铝的制备方法。
【背景技术】
氮化铝(AlN)是一类重要的宽带隙III-V族化合物半导体材料，其晶体结构为纤锌矿型，AlN具有许多优异的物理性能，在蓝光、紫外发光材料及热释电材料、外延过渡层、SOI材料的绝缘埋层和GHz级声表面波器件等方面有着重要的应用。
在光电子应用方面，由于AlN及其合金都是直接带隙半导体，并且它们的禁带宽度为6.2eV，覆盖了从红光到紫外的波段，并且III族氮化物材料长期以来被认为是可在可见光至紫外光波段范围内开发新的光电器件最有希望的材料，可用于制作发光二极管(LED)、激光器(LD)、紫外探测器(UV Detector)和太阳能电池等，在全色显示、白光照明、高密度存储、紫外探测等方面有广泛的应用。
因此，急需研究开发氮化铝(AlN)的制备方法。
【发明内容】
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种工艺简单，污染少，环保节能，成本低的氮化铝的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氮化铝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a)衬底清洗：将蓝宝石衬底经过清洗后送入生长室；
b)衬底除气：由于蓝宝石衬底在空气中会吸附大量杂质气体等污染物，在生长前对衬底进行除气处理，以除去残留的杂质气体，先将衬底在200℃除气10小时以上，然后在400℃～500℃除气2小时，最后在820℃的高温下除气10分钟；
c)衬底氮化：将温度降至800℃，打开等离子体氮源对蓝宝石表面进行氮化处理，使蓝宝石衬底表面形成几个原子层厚的氮化铝原子层，以利于下一步氮化铝成核层的生长，氮化时间为8～12分钟，且氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和500瓦；
d)氮化铝成核层生长：随后打开铝源的快门10秒左右，在蓝宝石衬底表面预先沉积一层铝原子层，同时打开铝源和氮源的快门，开始生长氮化铝成核层，以适应随后生长的氮化铝缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配，铝源的温度为1296℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375瓦衬底温度为785℃，典型的氮化铝成核层为25nm；
e)氮化铝外延层生长：将衬底温度降至760℃，生长氮化铝外延层，铝源的温度为1288℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375W，氮化铝外延层的厚度为1μm，生长过程中，铝源和氮源一直保持供给不间断。
如上所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤a)中生长室的本底真空为3×10-11Torr。
如上所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤a)至步骤e)均在射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)设备中进行，生长中的氮源使用高纯N2(6N5)，高纯金属铝(Al 6N5)用做生长的铝源，使用RHEED原位实时监控生长过程中样品的表面情况，使用IS4K(SVTA)原位实时监控生长温度和生长速度。
如上所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤c)氮化时间为10分钟。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
本发明工艺简单，污染少，环保节能，成本低。
【附图说明】
图1是本发明工艺流程图。
【具体实施方式】
一种氮化铝的制备方法，在射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)设备中进行，生长中的氮源使用高纯N2(6N5)，高纯金属铝(Al 6N5)用做生长的铝源，使用RHEED原位实时监控生长过程中样品的表面情况，使用IS4K(SVTA)原位实时监控生长温度和生长速度。包括如下步骤：
a)衬底清洗：将蓝宝石衬底经过清洗后送入生长室，生长室的本底真空为3×10-11Torr；
b)衬底除气：由于蓝宝石衬底在空气中会吸附大量杂质气体等污染物，在生长前对衬底进行除气处理，以除去残留的杂质气体，先将衬底在200℃除气10小时以上，然后在400℃～500℃除气2小时，最后在820℃的高温下除气10分钟；
c)衬底氮化：将温度降至800℃，打开等离子体氮源对蓝宝石表面进行氮化处理，使蓝宝石衬底表面形成几个原子层厚的氮化铝原子层，以利于下一步氮化铝成核层的生长，氮化时间为10分钟，且氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和500瓦；
d)氮化铝成核层生长：随后打开铝源的快门10秒左右，在蓝宝石衬底表面预先沉积一层铝原子层，同时打开铝源和氮源的快门，开始生长氮化铝成核层，以适应随后生长的氮化铝缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配，铝源的温度为1296℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375瓦衬底温度为785℃，典型的氮化铝成核层为25nm；
e)氮化铝外延层生长：将衬底温度降至760℃，生长氮化铝外延层，铝源的温度为1288℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375W，氮化铝外延层的厚度为1μm，生长过程中，铝源和氮源一直保持供给不间断。
Claims (4)
1.一种氮化铝的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a)衬底清洗：将蓝宝石衬底经过清洗后送入生长室；
b)衬底除气：由于蓝宝石衬底在空气中会吸附大量杂质气体等污染物，在生长前对衬底进行除气处理，以除去残留的杂质气体，先将衬底在200℃除气10小时以上，然后在400℃～500℃除气2小时，最后在820℃的高温下除气10分钟；
c)衬底氮化：将温度降至800℃，打开等离子体氮源对蓝宝石表面进行氮化处理，使蓝宝石衬底表面形成几个原子层厚的氮化铝原子层，以利于下一步氮化铝成核层的生长，氮化时间为8～12分钟，且氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和500瓦；
d)氮化铝成核层生长：随后打开铝源的快门10秒左右，在蓝宝石衬底表面预先沉积一层铝原子层，同时打开铝源和氮源的快门，开始生长氮化铝成核层，以适应随后生长的氮化铝缓冲层与蓝宝石衬底之间的晶格失配，铝源的温度为1296℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375瓦衬底温度为785℃，典型的氮化铝成核层为25nm；
e)氮化铝外延层生长：将衬底温度降至760℃，生长氮化铝外延层，铝源的温度为1288℃，氮气的流量和射频等离子体的功率分别设为2.55sccm和375W，氮化铝外延层的厚度为1μm，生长过程中，铝源和氮源一直保持供给不间断。
2.根据权利要求1所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤a)中生长室的本底真空为3×10-11Torr。
3.根据权利要求2所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤a)至步骤e)均在射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)设备中进行，生长中的氮源使用高纯N2(6N5)，高纯金属铝(Al 6N5)用做生长的铝源，使用RHEED原位实时监控生长过程中样品的表面情况，使用IS4K(SVTA)原位实时监控生长温度和生长速度。
4.根据权利要求3所述的氮化铝的制备方法，其特征在于：步骤c)氮化时间为10分钟。
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