CN111261759B - 一种氮化铝外延结构及其生长方法 - Google Patents
一种氮化铝外延结构及其生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111261759B CN111261759B CN202010096533.XA CN202010096533A CN111261759B CN 111261759 B CN111261759 B CN 111261759B CN 202010096533 A CN202010096533 A CN 202010096533A CN 111261759 B CN111261759 B CN 111261759B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dimensional
- ammonia gas
- temperature
- aluminum nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 93
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 12
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 15
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 10
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 8
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/04—Pattern deposit, e.g. by using masks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/06—Epitaxial-layer growth by reactive sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氮化铝外延结构，包括纳米图形化蓝宝石衬底、氮化铝(AlN)成核层、准二维结构层、三维结构层、三维‑二维快速切换层、二维结构层，其中，准二维结构层为网状结构的2D形貌的氮化铝层，三维结构层为3D形貌的氮化铝层，三维‑二维快速切换层为2D形貌的氮化铝层，二维结构层为2D形貌的氮化铝层。本发明还提出一种氮化铝外延结构的生长方法，在AlN外延生长过程中，采用高温‑低温‑脉冲氨气‑高温四步生长法，通过调控AlN生长过程中的温度和V/III，结合脉冲氨气横向外延生长技术，可以得到表面光滑平整的AlN外延层，有效降低外延层位错密度，提高AlN外延层的晶体质量，提高紫外发光二极管的内量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管技术领域，具体地说，本发明涉及一种氮化铝外延结构及其生长方法。
背景技术
氮化铝（AlN）具有禁带宽度高、热导率高和抗辐射能力强等优点，被广泛应用于紫外发光二极管（UV LED）器件。由于AlN晶体与GaN晶体的晶格常数和热膨胀系数比较接近，可以降低蓝宝石与氮化镓（GaN）材料的晶格失配，提高外延生长AlGaN的晶体质量，从而提高UV LED的光电性能。但蓝宝石衬底与AlN材料的晶格常数和热膨胀系数较大，仍存在较大的晶格失配，在后续外延生长中引入较大的位错密度和应变，并且由于Al原子迁移率较低，横向生长缓慢，很难形成平整光滑的表面，增加外延层的位错密度，位错密度对紫外发光二极管器件的内量子效率影响显著，故获得高晶体质量的氮化铝外延层对提升紫外发光二极管器件性能尤为重要。
目前主要采用在AlN成核层上低温生长AlN和高温生长AlN相结合的工艺，提供高密度的成核中心，实现AlN从三维形貌进入二维生长模式，即通过两步生长法促进AlN的二维生长，并降低外延层的位错密度。三维生长是III-V族化合物外延生长过程降低位错密度的常用方法，通常采用低温生长AlN的方法促进三维生长。在纳米图形化蓝宝石衬底（NPSS）上生长AlN外延层，可以弥补AlN横向生长迁移能力不足，高温生长有助于AlN二维生长，但在高温生长过程中AlN易在NPSS的凹坑内生长，不利于网格状的AlN外延层横向生长合并。并且在低温生长AlN形成三维形貌后，直接进入高温生长阶段，难以得到表面光滑平整的AlN外延层。
发明内容
为解决现有技术的问题，有效降低AlN外延层的位错密度并提高其晶体质量，本发明提供了一种氮化物外延结构，采用的技术方案如下：
在衬底上刻蚀纳米图形阵列，形成凹坑-深坑型纳米图形化衬底，在AlN外延生长过程中，结合不同比例的V/III生长条件，采用高温-低温-脉冲氨气-高温四步生长法。所述一种氮化物外延结构，其外延结构依次为纳米图形化衬底、溅射氮化铝成核层、准二维结构层、三维结构层、三维-二维快速切换层、二维结构层，其中，准二维结构层为网状结构的2D形貌，三维结构层为3D形貌，三维-二维快速切换层为2D形貌，二维结构层为2D形貌，其中，衬底可为纳米图形化蓝宝石衬底、纳米图形化碳化硅衬底或纳米图形化硅衬底。
本发明提供了一种氮化铝外延结构的生长方法，包括以下步骤：
步骤一、提供平片衬底；
步骤二、在所述衬底上刻蚀纳米图形阵列，形成纳米图形化衬底；
步骤三、在所述纳米图形化衬底上，溅射沉积一层AlN成核层；
步骤四、将所述溅射有AlN成核层的纳米图形化衬底放入高温MOCVD反应腔中，控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入氨气和三甲基铝，在所述AlN成核层上生长准二维结构层；
步骤五、控制所述反应腔的温度为900-1000℃，压力为30-100mbar，通入氨气和三甲基铝，在所述准二维结构层上生长三维结构层；
步骤六、控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入氨气和三甲基铝，在所述三维结构层上采用脉冲氨气横向外延生长法生长三维-二维快速切换层；
步骤七、控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入氨气和三甲基铝，在所述三维-二维快速切换层上生长二维结构层。
优选的，所述步骤二中的纳米图形阵列为凹坑-深坑型纳米图形阵列，所述凹坑-深坑型为倒圆台凹坑和圆柱体深坑的组合图形，在所述倒圆台凹坑底部刻蚀所述圆柱体深坑，所述倒圆台凹坑图形周期为1000nm，所述倒圆台凹坑顶部直径为900nm，凹坑底部直径为200nm，凹坑深度为200nm，所述圆柱体深坑图形周期为1000nm，深坑直径为200nm，深坑深度为300nm。
可选的，所述步骤三中AlN成核层的厚度为30-50nm。
可选的，所述步骤四中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述准二维结构层厚度为50-200nm。
可选的，所述步骤五中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述三维结构层厚度为100-500nm。
可选的，所述步骤六中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为500~1500，所述氨气流量为100-200mmol/min，所述三甲基铝流量为50-200μmol/min，所述三甲基铝在所述三维-二维快速切换层生长过程中持续通入，所述氨气以脉冲形式通入和关闭，所述氨气通入时间为x，所述氨气关闭时间为y，5s≤x≤10s，5s≤y≤10s；所述三维-二维快速切换层厚度为300-600nm。
可选的，所述步骤七中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为50~300，所述二维结构层厚度为2.0-3.0μm。
本发明的上述技术方案的有益效果：
1.在成核层和三维结构层之间生长准二维结构层，所述准二维结构层介于3D和2D生长模式之间，AlN在NPSS的c面（0001）上进行生长，形成具有c面（0001）的AlN网状结构，为AlN三维生长提供模板作用；
2.在三维结构层和二维结构层之间生长三维-二维快速切换层，促进网格状AlN外延层横向生长合并，极大加快AlN外延层由三维生长模式向二维生长模式转变，有利于得到表面光滑平整的AlN外延层；
3.通过调控AlN生长过程中的温度和V/III，结合脉冲氨气横向外延生长技术，生长出厚度为3.0μm且表面光滑无裂纹的高质量AlN外延层，有效降低AlN外延层的位错密度，提高紫外发光二极管的内量子效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种氮化铝外延结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种氮化铝外延结构的生长方法的流程图；
图3为本发明实施例1提供的一种氮化铝外延结构的断面TEM图；
图4为本发明实施例1提供的一种纳米图形阵列的（a）SEM形貌图和（b）AFM形貌图。
图5为本发明实施例1提供的一种AlN外延层（002）和（102）晶面XRD摇摆曲线图。
图中：201-蓝宝石衬底；202-纳米图形阵列；203-AlN成核层；204-准二维结构层；205-三维结构层；206-三维-二维快速切换层；207-二维结构层；202-1-倒圆台凹坑；202-2-圆柱体深坑。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构，图1为本实施例提供的一种氮化铝外延结构的结构示意图。参见图1，该氮化铝外延结构从下到上依次包括蓝宝石衬底201、纳米图形阵列202、AlN成核层203、准二维结构层204、三维结构层205、三维-二维快速切换层206和二维结构层207。
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构的生长方法，图2为本实施例提供的一种氮化铝外延结构的生长方法的流程图，图3为本发明实施例提供的一种氮化铝外延结构的断面TEM图，参见图1和图3，该制作方法包括：如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种氮化铝外延结构的生长方法，具体包含以下步骤：
S101：提供平片蓝宝石衬底201；
S102：对所述蓝宝石衬底201刻蚀纳米图形阵列202；
具体的，所述纳米图形化阵列202为凹坑-深坑型纳米图形阵列，具体结构如图4所示，所述凹坑型为倒圆台凹坑202-1和圆柱体深坑202-2，在所述倒圆台凹坑202-1底部刻蚀所述圆柱体深坑202-2，所述倒圆台凹坑202-1的图形周期为1000nm，倒圆台凹坑202-1顶部直径为900nm，凹坑底部直径为200nm，凹坑深度为200nm，所述圆柱体深坑202-2图形周期为1000nm，深坑直径为200nm，深坑深度为300nm；
S103：在所述纳米图形化蓝宝石衬底201上溅射AlN成核层203；
可选的，所述AlN成核层203的厚度为20nm；
S104：在所述AlN成核层203上生长准二维结构层204；
具体的，将所述溅射有AlN成核层203的纳米图形化衬底201放入高温MOCVD反应腔中，控制所述反应腔的温度为1200℃，压力为50mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述准二维结构层204厚度为150nm；
S105：在所述准二维结构层204上生长三维结构层205；
具体的，控制所述反应腔的温度为900~1000℃，压力为50mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述三维结构层（205）厚度为300nm；
S106：采用脉冲氨气横向外延生长法，在所述三维结构层205上生长三维-二维快速切换层206；
具体的，控制所述反应腔的温度为1200℃，压力为50mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为500~1500，所述氨气流量为134mmol/min，所述三甲基铝流量为88μmol/min，所述氨气通入/关闭时间为5s/5s，所述三维-二维快速切换层206厚度为450nm；
S107：在所述三维-二维快速切换层206上生长二维结构层207；
具体的，控制所述反应腔的温度为1200℃，压力为50mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为50~300，所述二维结构层207厚度为2.1μm。
本发明在凹坑-深坑型纳米图形化蓝宝石衬底上生长AlN外延层，结合不同比例的V/III生长条件，采用高温-低温-脉冲氨气-高温四步生长法，生长得到厚度为3.0μm的无裂纹AlN外延层，表面平整光滑。图5为本实施例提供的一种AlN外延层（002）和（102）晶面XRD摇摆曲线图。XRD测试结果表明，AlN外延层（002）和（102）晶面摇摆曲线半高宽分别为143arcsec和230arcsec，具有很高的晶体质量。
实施例2
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构，该氮化铝外延结构从下到上依次包括碳化硅衬底201、纳米图形阵列202、AlN成核层203、准二维结构层204、三维结构层205、三维-二维快速切换层206和二维结构层207。
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构的生长方法，具体包含以下步骤：
S101：提供平片碳化硅衬底201；
S102：对所述碳化硅衬底201刻蚀纳米图形阵列202；
具体的，所述纳米图形化阵列202为凹坑-深坑型纳米图形阵列，具体结构如图4所示，所述凹坑型为倒圆台凹坑202-1和圆柱体深坑202-2，在所述倒圆台凹坑202-1底部刻蚀所述圆柱体深坑202-2，所述倒圆台凹坑202-1的图形周期为1000nm，倒圆台凹坑202-1顶部直径为900nm，凹坑底部直径为200nm，凹坑深度为200nm，所述圆柱体深坑202-2图形周期为1000nm，深坑直径为200nm，深坑深度为300nm；
S103：在所述纳米图形化碳化硅衬底201上溅射AlN成核层203；
可选的，所述AlN成核层203的厚度为20nm；
S104：在所述AlN成核层203上生长准二维结构层204；
具体的，将所述溅射有AlN成核层203的纳米图形化衬底201放入高温MOCVD反应腔中，控制所述反应腔的温度为1000℃，压力为30mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述准二维结构层204厚度为80nm；
S105：在所述准二维结构层204上生长三维结构层205；
具体的，控制所述反应腔的温度为900~1000℃，压力为30mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述三维结构层（205）厚度为100nm；
S106：采用脉冲氨气横向外延生长法，在所述三维结构层205上生长三维-二维快速切换层206；
具体的，控制所述反应腔的温度为1000℃，压力为30mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为500~1500，所述氨气流量为100mmol/min，所述三甲基铝流量为130μmol/min，所述氨气通入/关闭时间为2s/10s，所述三维-二维快速切换层206厚度为300nm；
S107：在所述三维-二维快速切换层206上生长二维结构层207；
具体的，控制所述反应腔的温度为1000℃，压力为30mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为50~300，所述二维结构层207厚度为2.5μm。
本发明在凹坑-深坑型纳米图形化碳化硅衬底上生长AlN外延层，结合不同比例的V/III生长条件，采用高温-低温-脉冲氨气-高温四步生长法，生长得到无裂纹AlN外延层，表面平整光滑。
实施例3
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构，该氮化铝外延结构从下到上依次包括硅衬底201、纳米图形阵列202、AlN成核层203、准二维结构层204、三维结构层205、三维-二维快速切换层206和二维结构层207。
本发明实施例提供了一种氮化铝外延结构的生长方法，具体包含以下步骤：
S101：提供平片硅衬底201；
S102：对所述硅衬底201刻蚀纳米图形阵列202；
具体的，所述纳米图形化阵列202为凹坑-深坑型纳米图形阵列，具体结构如图4所示，所述凹坑型为倒圆台凹坑202-1和圆柱体深坑202-2，在所述倒圆台凹坑202-1底部刻蚀所述圆柱体深坑202-2，所述倒圆台凹坑202-1的图形周期为1000nm，倒圆台凹坑202-1顶部直径为900nm，凹坑底部直径为200nm，凹坑深度为200nm，所述圆柱体深坑202-2图形周期为1000nm，深坑直径为200nm，深坑深度为300nm；
S103：在所述纳米图形化硅衬底201上溅射AlN成核层203；
可选的，所述AlN成核层203的厚度为20nm；
S104：在所述AlN成核层203上生长准二维结构层204；
具体的，将所述溅射有AlN成核层203的纳米图形化衬底201放入高温MOCVD反应腔中，控制所述反应腔的温度为1500℃，压力为100mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述准二维结构层204厚度为200nm；
S105：在所述准二维结构层204上生长三维结构层205；
具体的，控制所述反应腔的温度为900~1000℃，压力为90mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述三维结构层（205）厚度为500nm；
S106：采用脉冲氨气横向外延生长法，在所述三维结构层205上生长三维-二维快速切换层206；
具体的，控制所述反应腔的温度为1500℃，压力为90mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为500~1500，所述氨气流量为180mmol/min，所述三甲基铝流量为200μmol/min，所述氨气通入/关闭时间为10s/2s，所述三维-二维快速切换层206厚度为600nm；
S107：在所述三维-二维快速切换层206上生长二维结构层207；
具体的，控制所述反应腔的温度为1500℃，压力为90mbar，通入氨气和三甲基铝，可选的，所述氨气和三甲基铝的摩尔流量比为50~300，所述二维结构层207厚度为3.0μm。
本发明在凹坑-深坑型纳米图形化硅衬底上生长AlN外延层，结合不同比例的V/III生长条件，采用高温-低温-脉冲氨气-高温四步生长法，生长得到无裂纹AlN外延层，表面平整光滑。
Claims (8)
1.一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，在平片衬底上刻蚀纳米图形阵列，形成凹坑-深坑型纳米图形化衬底，在外延生长氮化铝过程中，结合不同比例的V/III生长条件，采用高温-低温-脉冲氨气-高温四步生长法，具体步骤包括：
步骤一、提供衬底，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；
步骤二、在所述衬底上刻蚀纳米图形阵列，形成纳米图形化衬底；
步骤三、在所述纳米图形化衬底上，溅射沉积一层AlN成核层；
步骤四、将所述溅射有AlN成核层的纳米图形化衬底放入高温MOCVD反应腔中，控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入三甲基铝和氨气，在所述AlN成核层上生长准二维结构层；
步骤五、控制所述反应腔的温度为900~1000℃，压力为30-100mbar，通入三甲基铝和氨气，在所述准二维结构层上生长三维结构层；
步骤六、控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入三甲基铝和氨气，在所述三维结构层上采用脉冲氨气横向外延生长法生长三维-二维快速切换层；
步骤七、控制所述反应腔的温度为1000-1500℃，压力为30-100mbar，通入三甲基铝和氨气，在所述三维-二维快速切换层上生长二维结构层。
2.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤二中的纳米图形阵列为凹坑-深坑型纳米图形阵列。
3.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤三中AlN成核层的厚度为30-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤四中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述准二维结构层的厚度为50-200nm。
5.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤五中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为2000~5000，所述三维结构层的厚度为100-500nm。
6.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤六中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为500~1500，所述氨气流量为100-200mmol/min，所述三甲基铝流量为50-200μmol/min，所述三甲基铝在所述三维-二维快速切换层生长过程中持续通入，所述氨气以脉冲形式通入和关闭，所述氨气通入时间为x，所述氨气关闭时间为y，5s≤x≤10s，5s≤y≤10s；所述三维-二维快速切换层的厚度为300-600nm。
7.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤七中通入氨气和三甲基铝的摩尔流量比为50~300，所述二维结构层的厚度为2.0-3.0μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种氮化铝外延结构的生长方法在制造LED外延结构中应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010096533.XA CN111261759B (zh) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | 一种氮化铝外延结构及其生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010096533.XA CN111261759B (zh) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | 一种氮化铝外延结构及其生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111261759A CN111261759A (zh) | 2020-06-09 |
| CN111261759B true CN111261759B (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=70945857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010096533.XA Active CN111261759B (zh) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | 一种氮化铝外延结构及其生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111261759B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111640834B (zh) * | 2020-06-18 | 2021-08-13 | 佛山紫熙慧众科技有限公司 | 铝衬底的富Al组分氮化物材料生长方法及铝衬底结构 |
| CN112289760A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-01-29 | 北京大学东莞光电研究院 | 内嵌金属基氮化物材料外延衬底及制备方法 |
| CN112687771B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-04-22 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种制备AlN薄层的方法 |
| WO2022170564A1 (zh) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 外延结构、发光器件和外延结构的制作方法 |
| CN113363362B (zh) * | 2021-06-02 | 2023-08-25 | 福建兆元光电有限公司 | 一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构 |
| CN113445004B (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-14 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种AlN薄膜及其制备方法和应用 |
| CN113897676A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-07 | 苏州紫灿科技有限公司 | 一种无裂纹AlN外延膜及其制备方法 |
| CN114628555B (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-02 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN117476825B (zh) * | 2023-12-25 | 2024-04-12 | 北京中博芯半导体科技有限公司 | AlGaN外延结构的生长方法及应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104593861B (zh) * | 2015-01-07 | 2017-03-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种利用温度调制提高氮化铝薄膜晶体质量的生长方法 |
| CN104911713A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-09-16 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种利用氢气原位刻蚀提高氮化铝晶体质量的方法 |
| CN105720159B (zh) * | 2016-03-09 | 2018-01-09 | 太原理工大学 | 一种高发光效率氮化镓基led外延片的制备方法 |
| CN108269887A (zh) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 北京大学 | 一种基于图形化蓝宝石衬底和预溅射技术的AlN薄膜的制备方法 |
| CN107083539A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-08-22 | 北京大学 | 一种AlN外延薄膜制备方法 |
| CN109103070B (zh) * | 2018-07-20 | 2021-02-02 | 北京中博芯半导体科技有限公司 | 基于纳米图形硅衬底制备高质量厚膜AlN的方法 |
| CN109599468B (zh) * | 2018-11-20 | 2020-09-11 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 超宽禁带氮化铝材料外延片及其制备方法 |
| CN110129765B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-04-02 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种氮化物半导体材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-02-17 CN CN202010096533.XA patent/CN111261759B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111261759A (zh) | 2020-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111261759B (zh) | 一种氮化铝外延结构及其生长方法 | |
| CN100592470C (zh) | 硅基氮化物单晶薄膜的外延生长方法 | |
| CN105543969B (zh) | 一种改善AlN薄膜晶体质量的生长方法 | |
| CN110783167B (zh) | 一种半导体材料图形衬底、材料薄膜及器件的制备方法 | |
| CN103730554A (zh) | 一种氮化镓基led外延片的生长方法 | |
| CN110541157A (zh) | 一种Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法 | |
| CN104485400A (zh) | 一种iii-v族氮化物的外延结构及其生长方法 | |
| CN112563119A (zh) | 大斜切角异质衬底-氮化镓复合结构及其生长方法 | |
| CN108615798A (zh) | 氮化物led外延层结构及制造方法 | |
| CN113782651B (zh) | 一种图形化深紫外led外延结构及其制备方法 | |
| CN112687525B (zh) | 一种提高超薄氮化镓场效应管晶体质量的外延方法 | |
| CN108231964A (zh) | 一种提高发光二极管内量子效率的方法 | |
| CN111987197A (zh) | AlGaN基深紫外发光二极管及其AlGaN外延片和制备方法 | |
| CN113279054A (zh) | 提高氮化铝材料晶体质量的外延生长方法及氮化铝材料 | |
| CN212750917U (zh) | 一种led外延片 | |
| CN113628953A (zh) | 氮化物材料的制备方法及氮化物半导体器件 | |
| CN110364420B (zh) | 一种插入InGaN/GaN超晶格结构改善非极性GaN材料质量的外延生长方法 | |
| CN106887487A (zh) | 一种半导体发光器件及其制备方法 | |
| CN112071963A (zh) | 一种led外延片及制作方法 | |
| CN1725445A (zh) | 硅衬底上ⅲ族氮化物半导体外延生长技术 | |
| CN212907773U (zh) | 一种氮化镓外延芯片 | |
| CN219998246U (zh) | 一种Micro-LED的器件结构 | |
| CN109560172A (zh) | 一种半极性镓氮外延片及其制备方法 | |
| CN212907772U (zh) | 一种氮化镓外延芯片 | |
| CN117096229A (zh) | 一种用于深紫外发光二极管的AlN本征层及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220819 Address after: 330000 No. 1717, Tianxiang North Avenue, Nanchang high tech Industrial Development Zone, Nanchang City, Jiangxi Province Patentee after: JIANGXI ZHAOCHI SEMICONDUCTOR Co.,Ltd. Address before: 430072 Hubei Province, Wuhan city Wuchang District of Wuhan University Luojiashan Patentee before: WUHAN University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |