CN114203529B - 氮化铝外延结构，其制备方法以及半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化铝外延结构，包括衬底以及生长于衬底上的超晶格缓冲层，所述超晶格缓冲层上具有外延生长的氮化铝外延层；其中，所述超晶格缓冲层包括多个依次叠置的缓冲单元，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成；所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层。本发明还公开了所述氮化铝外延结构的制备方法以及包含所述氮化铝外延结构的半导体器件。本发明提供的氮化铝外延结构，解决了在异质衬底上生长氮化铝外延层时由于晶格失配而导致的高缺陷密度和晶片开裂等技术问题，并可获得高质量的氮化铝单晶外延层。

Description

氮化铝外延结构，其制备方法以及半导体器件
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种氮化铝外延结构，其制备方法以及半导体器件。
背景技术
氮化铝（AlN）具有超宽禁带宽度（6.2eV）、高热导率（340W/mK）、高击穿场强（11.7MV/cm）、良好的紫外透过率、化学和热稳定性等优异性能，是制备高温、高频和高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想材料。
由于AlN单晶生长非常困难，所以其衬底材料往往使用异质衬底，比如蓝宝石或硅衬底。异质外延通常使用两步生长法，选择缓冲层时需要考虑应力的影响。例如在GaN异质外延中常常使用AlN缓冲层，原因是Al原子比Ga原子小，这样，在AlN缓冲层上生长的GaN受到的就是压应力，外延层就能持续生长而不会出现裂纹。但是，在金属有机氮化物中，Al原子和AlN的晶格常数最小，因此难以找到为AlN外延层提供压应力的金属有机氮化物材料。目前的做法只能用AlN本身作为缓冲层，但是AlN的迁移性能较差，难以生长形成良好的二维AlN晶体薄膜。而且由于以AlN为缓冲层时无法为后续的外延层引入压应力，特别是在晶格差异更大的硅衬底上，AlN外延层的裂纹问题将会非常突出，外延厚度受限不能长厚，这些因素都制约着AlN材料的高质量生长。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足之处，提供了一种氮化铝外延结构，解决了在异质衬底上生长氮化铝外延层时由于晶格失配而导致的高缺陷密度和晶片开裂等技术问题，可获得高质量的氮化铝单晶薄膜。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种氮化铝外延结构，包括衬底以及生长于衬底上的超晶格缓冲层，所述超晶格缓冲层上具有外延生长的氮化铝外延层；其中，所述超晶格缓冲层包括多个依次叠置的缓冲单元，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成；所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层。
进一步地，所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。
进一步地，所述氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层的总层数为16~20层。
进一步地，所述超晶格缓冲层的厚度为20~200nm。
本发明还提供了一种氮化铝外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1. 提供一衬底；
S2. 在所述衬底上生长氮化硼缓冲层；
S3. 在所述氮化硼缓冲层上生长氮化铝缓冲层；
S4. 重复多次S2~S3步骤，在衬底上形成多个依次叠置的缓冲单元，得到超晶格缓冲层；其中，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成，且所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层；
S5. 在所述超晶格缓冲层上生长氮化铝外延层，得到所述氮化铝外延结构；
其中，在生长氮化硼缓冲层时，在第T0时间向反应腔室中通入硼源，在第T1时间向反应腔室中通入氮源，在第T2时间停止通入硼源，在第T3时间停止通入氮源，从而沉积得到氮化硼缓冲层；T0、T1、T2、T3满足以下关系：T1-T0=5~10s，T2-T0=8~20s，T2-T1=3~10s，T3-T1=10~60s，T3-T2＞T2-T1；
在生长氮化铝缓冲层时，在第T4时间向反应腔室中通入铝源，在第T5时间向反应腔室中通入氮源，在第T6时间停止通入铝源，在第T7时间停止通入氮源，从而沉积得到氮化铝缓冲层；T4、T5、T6、T7满足以下关系：T5-T4=5~10s，T6-T4=10~30s，T6-T5=3~10s，T7-T5=10~60s，T7-T6＞T6-T5；
每生长得到一层缓冲层后，控制反应腔室内的温度为1000~1200℃，进行保温处理；其中，所述缓冲层为所述氮化硼缓冲层或所述氮化铝缓冲层，第i层缓冲层的保温处理的时间为ΔTi，第i+1层缓冲层的保温处理的时间为ΔTi+1，ΔTi、ΔTi+1满足以下关系：ΔTi+1＞ΔTi。
进一步地，步骤S2中，在生长氮化硼缓冲层之前，还包括清洗衬底的步骤：将衬底置于反应腔室内，控制反应腔室的温度为1000~1100℃，向反应腔室内通入H2对衬底表面进行热清洗，所述热清洗的时间为3~10min。
进一步地，所述硼源为三乙基硼，所述氮源为氨气或氮气，所述铝源为三甲基铝。
进一步地，向反应腔室内通入氮源的同时，开启射频等离子体系统轰击氮源以形成氮等离子体；所述氮源的流量控制为1~20sccm，所述射频等离子体系统的功率设为200~500W。
进一步地，第1层缓冲层的保温处理的时间ΔT1= 40~60s，相邻两层缓冲层的保温时间的差值ΔTi+1-ΔTi =20~60s。
本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件中包含所述的氮化铝外延结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 本发明通过在异质衬底上先沉积生长由多个BN/AlN缓冲单元叠置形成的超晶格缓冲层之后，再于超晶格缓冲层上生长AlN外延层，最终生长得到了高质量的AlN外延层。超晶格缓冲层的设置，不仅能够缓解异质外延时AlN与衬底之间的应力，还能够加快AlN外延层的合并生长；同时，超晶格缓冲层最下方（起始层）为BN缓冲层，由于BN本身的迁移能力较好，甚至容易形成二维材料，可以补偿AlN迁移能力不足的短板；超晶格缓冲层最上方（终止层）为AlN缓冲层，能够促进上方的AlN外延层更好的成核，且不用考虑晶格失配的问题；并且因为BN是类金属氮化物，而晶格常数又比AlN小，可以为后续生长的AlN外延层提供压应力，来抵消异质衬底对外延层薄膜的张应力，从而达到外延层可以长厚且不裂的效果。
2. 本发明在制备异质外延氮化铝外延结构时，通过错位通入氮源与硼源/铝源，有利于BN晶体和AlN晶体的成核；另外，在沉积得到BN缓冲层和AlN缓冲层后，通过保温处理以及逐渐延长保温时间的方式，改善了缓冲层的晶体质量，减少晶体之间因晶格失配而产生的应力，有利于提高AlN外延层的结晶质量。
附图说明
图1为本发明中氮化铝外延结构的工艺流程图；
图2为沉积超晶格缓冲层时，向反应腔室内通入物质与时间的关系图；
图3是实施例1（A）和对比例1（B）制备的氮化铝外延层的光学显微镜照片；
图4是实施例1（A）和对比例1（B）制备的氮化铝外延层的原子力显微镜照片；
图5是实施例1和对比例1制备的氮化铝外延层的拉曼光谱图；
其中：1、衬底；2、氮化硼缓冲层；3、氮化铝缓冲层；4、氮化铝外延层。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如背景技术所述，氮化铝单晶的生长非常困难，其衬底材料往往使用蓝宝石、硅衬底等异质衬底，在缓冲层的选择上，由于铝原子和氮化铝的晶格常数最小，因此难以找到为氮化铝外延层提供压应力的金属有机氮化物材料，目前只能用氮化铝本身作为缓冲层。但是氮化铝的迁移性能较差，难以生长形成良好的二维氮化铝晶体薄膜；而且以氮化铝为缓冲层时无法为后续的外延层引入压应力，特别是在晶格差异更大的硅衬底上，氮化铝外延层的裂纹问题将会非常突出，外延厚度受限不能长厚，这些因素都制约着氮化铝材料的高质量生长。
针对这一技术问题，发明人经过研究发现，在异质衬底上引入多层BN/AlN缓冲层作为氮化铝的成核层，可以生长得到高质量的氮化铝外延层，从而解决了现有技术中无法生长得到高质量的氮化铝外延层的问题。
具体的，请参见附图1，本发明提供了一种氮化铝外延结构，包括衬底1以及生长于衬底1上的超晶格缓冲层，所述超晶格缓冲层上具有外延生长的氮化铝外延层4。所述超晶格缓冲层包括多个依次叠置的缓冲单元（BN/AlN），其中，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层2以及氮化铝缓冲层3组成；所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层2，终止层为氮化铝缓冲层3。
本发明中，所述衬底可为现有技术中生长氮化铝的常用异质衬底，包括但不限于蓝宝石衬底、硅衬底。优选地，所述衬底选择蓝宝石衬底，蓝宝石衬底与氮化铝的晶格常数较为匹配，能够形成结晶质量较好的氮化铝。
本发明中，在衬底上设置了超晶格缓冲层，超晶格缓冲层由多层氮化硼层与氮化铝层重复叠置生长而形成，因此在该衬底结构上外延生长氮化铝时，由于每层交替生长的氮化硼层与氮化铝层会逐渐缓解、消除异质衬底与外延层之间的应力，从而有利于提高氮化铝外延层的生长质量；同时超晶格缓冲层的终止层为氮化铝缓冲层，而氮化铝缓冲层能够促进上方的氮化铝外延层更好的成核，且由于是同质材料，因此无需考虑晶格失配的问题。
本发明之所以在超晶格缓冲层中选择氮化硼作为缓冲层，是因为氮化硼是一种类金属氮化物，其本身也是六方晶体结构，与氮化铝的晶体结构完全一致，晶格的匹配性较好；其次，氮化硼的晶格常数比氮化铝小，因此在氮化硼上生长氮化铝时，可以为氮化铝层提供压应力，来抵消异质衬底对氮化铝薄膜的张应力，从而可以提高氮化铝层的生长质量，最终达到外延层可以长厚且不裂的效果；此外，氮化硼本身的迁移能力较好，甚至容易形成二维材料，所以可以补偿氮化铝迁移性不足的短板，加速氮化铝层的合并，对于高质量氮化铝的生长也有正面作用。
本发明中，所述缓冲层的总层数以16~20层为宜，即缓冲单元的总层数优选为8~10层。这一数量的缓冲层既足够缓冲衬底与氮化铝外延层之间的应力，同时又不致于使沉积工艺过于复杂。
本发明中，所述超晶格缓冲层的总厚度以20~200nm为宜。若超晶格缓冲层的总厚度不足20nm，则无法很好地消除衬底与氮化铝外延层之间的应力；若超晶格缓冲层的总厚度大于200nm，则会延长生长时间。
上述氮化铝外延结构可通过如下的制备方法制备得到，具体包括以下步骤：
S1. 提供一衬底；
S2. 在所述衬底上生长氮化硼缓冲层；
S3. 在所述氮化硼缓冲层上生长氮化铝缓冲层；
S4. 重复多次S2~S3步骤，在衬底上形成多个依次叠置的缓冲单元，得到超晶格缓冲层；其中，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成，且所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层；
S5. 在所述超晶格缓冲层上生长氮化铝外延层，得到所述氮化铝外延结构。
本发明步骤S2中，在生长氮化硼缓冲层之前，还包括清洗衬底的步骤。在优选的实施方式中，所述清洗衬底具体为：将衬底置于反应腔室内，控制反应腔室的温度为1000~1100℃，向反应腔室内通入H2对衬底表面进行热清洗，所述热清洗的时间为3~10min。通过热清洗，能够去除衬底表面附着的杂质和污染物，并且在高温情况下能够去除衬底表面吸附的水汽、C、O等元素，从而提高后续缓冲层的生长质量。同时，氢气还可以作为后续生长氮化硼时硼源通入的载气。
本发明步骤S2中，通过向反应腔室内通入硼源和氮源，在高温下反应，从而在衬底上生长得到氮化硼缓冲层。在优选的实施方式中，所述氮化硼缓冲层的生长方法为：
将衬底置于反应腔室内，控制反应腔室内的温度为800~1000℃，在第T0时间向反应腔室中通入硼源，在第T1时间向反应腔室中通入氮源，在第T2时间停止通入硼源，在第T3时间停止通入氮源，从而在衬底上沉积得到氮化硼缓冲层。其中，T0、T1、T2、T3满足以下关系：T1-T0=5~10s，T2-T0=8~20s，T2-T1=3~10s，T3-T1=10~60s，T3-T2＞T2-T1。
本发明中，硼源和氮源采用错位时间的方式通入到反应腔体内，与同时通入的方式相比，错位通入硼源和氮源更有利于六方氮化硼的晶核成核，进而提高六方氮化硼薄膜的生长质量，为后续氮化铝缓冲层的生长提供成核位点。另外，氮源和硼源同时通入的时间T2-T1为3~10s，且单独通入氮源的时间T3-T2比氮源和硼源同时通入的时间T2-T1要长，这样能够更好地对硼原子进行氮化，从而能够更好地形成六方氮化硼晶体。
本发明中，所述硼源包括但不限于三乙基硼，所述氮源包括但不限于氨气、氮气。
优选地，向反应腔室内通入氮源的同时，开启射频等离子体系统轰击氮源以形成氮等离子体，从而能够更好地对硼原子进行氮化。所述氮源的流量控制优选为1~20sccm，所述射频等离子体系统的功率优选地设为200~500W。
在优选的实施方式中，当氮化硼缓冲层沉积完毕后，停止通入氮源和硼源，继续对其进行保温处理。保温处理能够提高氮化硼缓冲层的晶体质量。优选地，保温处理时，控制反应腔室的温度为1000~1200℃，保温时间为40~60s。保温时间相较生长温度有所增加，能够减少下一阶段形成氮化铝晶体的升温时间，从而可以缩短工艺流程。
本发明步骤S3中，通过向反应腔室内通入铝源和氮源，在高温下反应，从而在氮化硼缓冲层上生长得到氮化铝缓冲层。在优选的实施方式中，所述氮化铝缓冲层的生长方法为：
控制反应腔室内的温度为1250~1300℃，在第T4时间向反应腔室中通入铝源，在第T5时间向反应腔室中通入氮源，在第T6时间停止通入铝源，在第T7时间停止通入氮源，从而沉积得到氮化铝缓冲层；T4、T5、T6、T7满足以下关系：T5-T4=5~10s，T6-T4=10~30s，T6-T5=3~10s，T7-T5=10~60s，T7-T6＞T6-T5。
本发明中，铝源和氮源采用错位时间的方式通入到反应腔体内，与同时通入的方式相比，错位通入铝源和氮源更有利于氮化铝晶体的成核。另外，氮源和铝源同时通入的时间T6-T5为3~10s，且单独通入氮源的时间T7-T6比氮源和硼源同时通入的时间T6-T5要长，这样能够更好地对铝原子进行氮化，从而能够更好地形成氮化铝晶体。
本发明中，所述铝源包括但不限于三甲基铝，所述氮源包括但不限于氨气、氮气。
优选地，向反应腔室内通入氮源的同时，开启射频等离子体系统轰击氮源以形成氮等离子体，从而能够更好地对硼原子进行氮化。所述氮源的流量优选地控制为1~20sccm，所述射频等离子体系统的功率优选地设置为200~500W。
在优选的实施方式中，当氮化铝缓冲层沉积完毕后，停止通入氮源和铝源，继续对其进行保温处理。保温处理能够提高氮化铝缓冲层的晶体质量。优选地，保温处理时，控制反应腔室的温度为1000~1200℃，保温时间为60~120s。保温温度较生长温度稍微降低，能够减少下一阶段形成氮化硼晶体的降温时间，从而缩短了工艺流程。
本发明步骤S4中，重复步骤S2~S3，在步骤S3生长的氮化铝缓冲层上再依次生长氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层，从而得到多个缓冲单元。其中各氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层的沉积工艺参数分别与步骤S2和S3中的氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层的工艺参数相同。
本发明中，在每层氮化硼缓冲层或氮化铝缓冲层生长完成后，均需要进行保温处理，以提高缓冲层的晶体生长质量。若以ΔTi表示第i层缓冲层的保温处理的时间，以ΔTi+1表示第i+1层缓冲层的保温处理的时间，则ΔTi、ΔTi+1满足以下关系：ΔTi+1＞ΔTi。即随着缓冲层层数的增多，相应的保温时间也随之延长。保温的时间越来越长，不仅有利于提高刚形成的层结构的晶体质量，还能够对已经形成的层结构的晶体质量进行进一步的改善提高，以减少晶体之间因晶格失配而产生的应力，提高氮化铝外延层的结晶质量。
附图2显示出了向反应腔室内通入硼源、氮源、铝源与时间的关系。从图中可以看出，氮源与硼源/铝源的通入时间是错位的。另外，每层缓冲层的保温时间是逐渐延长的，第一层到第三层的保温时间分别为T4-T3、T8-T7、T12-T11，它们之间满足：(T12-T11)> (T8-T7)>(T4-T3)。
优选地，缓冲层每多一层，相应的保温时间增加20~60s，即ΔTi+1-ΔTi =20~60s。
本发明的氮化铝外延层可与超晶格缓冲层在同一外延设备中制备得到，即在形成超晶格缓冲层之后，继续向反应腔室内通入铝源和氮源，控制温度为1250~1300℃，从而在超晶格缓冲层上生长得到氮化铝外延层。所述铝源和氮源优选地分别为三甲基铝和氨气。
通过本发明的方法，可以在衬底上生长得到厚度达1~5μm的高质量的氮化铝外延层。
本发明中，各缓冲层、外延层除了可采用金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD）技术生长之外，也可采用磁控溅射外延（MSE）、分子束外延（MBE）、氢化物汽相外延（HVPE）等技术进行生长。
本发明的氮化铝外延结构可用于进一步制备各类氮化铝系半导体器件。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
请参见附图1，为在蓝宝石衬底上异质生长高质量氮化铝外延层的工艺流程图，具体过程如下：
（1）将蓝宝石衬底放入到反应腔室中，升温至1100℃，向反应腔室中通入氢气，对衬底表面进行热清洗，热清洗时间为5min。
（2）降低反应腔室内的温度至800℃，打开硼源，向腔室内通入三乙基硼，通入10s后，打开氮源，向反应腔室内通入氨气，同时开启射频等离子体系统，控制氨气的流量和射频等离子体系统的功率分别为10sccm和500W。通入三乙基硼20s后，关闭硼源，继续保持通入氮源。通入氨气50s后，关闭氮源。接着，将腔室内的温度升高至1100℃，保温处理60s。
（3）将腔室内的温度升至1300℃，打开铝源，向腔室内通入三甲基铝，通入10s后，打开氮源，向腔室内通入氨气，同时开启射频等离子体系统，控制氨气的流量和射频等离子体系统的功率分别为10sccm和500W。通入三甲基铝20s后，关闭铝源，继续保持通入氮源。通入氨气50s后，关闭氮源。接着，将腔室内的温度降低至1100℃，保温处理80s。
（4）重复步骤（2）和（3），从而得到总层数为20层的氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层，即超晶格缓冲层。其中在保温处理时，每层的保温时间比前一层延长20s。
（5）将腔室内的温度升至1300℃，向腔室内通入三甲基铝和氨气，在超晶格缓冲层上外延生长得到氮化铝外延层。
对比例1
运用传统的AlN缓冲层技术制备的AlN外延层。
请参见图3-4，从光学显微镜照片和原子力照片可知，与采用传统方法制备的AlN外延层相比，采用本发明的方法制备的AlN外延层表面更平整、形貌更光滑。
从图5的拉曼光谱图中可以看到，传统蓝宝石上AlN层的拉曼E2峰位为653cm-1，采用本发明的方法生长的AlN层的拉曼E2峰位为656cm-1，而完全无应力的AlN材料的E2峰位的理论值在657cm-1。由此可见，采用传统方法制备的AlN层内承受了巨大的压应力，而BN这种二维材料对应力的释放作用很大，本发明采用BN作为外延生长AlN的缓冲层，得到的AlN层内的应力远小于传统方法制备的AlN外延层，提升了AlN外延层的晶体质量。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种氮化铝外延结构，其特征在于，包括衬底以及生长于衬底上的超晶格缓冲层，所述超晶格缓冲层上具有外延生长的氮化铝外延层；其中，所述超晶格缓冲层包括多个依次叠置的缓冲单元，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成；所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层；所述氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层是在同一反应腔室中沉积得到的，所述氮化铝外延层的厚度为1-5μm。
2.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。
3.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构，其特征在于，所述氮化硼缓冲层和氮化铝缓冲层的总层数为16~20层。
4.根据权利要求1所述的一种氮化铝外延结构，其特征在于，所述超晶格缓冲层的厚度为20~200nm。
5.一种氮化铝外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 提供一衬底；
S2. 在所述衬底上生长氮化硼缓冲层；
S3. 在所述氮化硼缓冲层上生长氮化铝缓冲层；
S4. 重复多次S2~S3步骤，在衬底上形成多个依次叠置的缓冲单元，得到超晶格缓冲层；其中，每个缓冲单元均由氮化硼缓冲层以及氮化铝缓冲层组成，且所述超晶格缓冲层的起始层为氮化硼缓冲层，终止层为氮化铝缓冲层；
S5. 在所述超晶格缓冲层上生长氮化铝外延层，得到所述氮化铝外延结构；
其中，在生长氮化硼缓冲层时，在第T0时间向反应腔室中通入硼源，在第T1时间向反应腔室中通入氮源，在第T2时间停止通入硼源，在第T3时间停止通入氮源，从而沉积得到氮化硼缓冲层；T0、T1、T2、T3满足以下关系：T1-T0=5~10s，T2-T0=8~20s，T2-T1=3~10s，T3-T1=10~60s，T3-T2＞T2-T1；
在生长氮化铝缓冲层时，在第T4时间向反应腔室中通入铝源，在第T5时间向反应腔室中通入氮源，在第T6时间停止通入铝源，在第T7时间停止通入氮源，从而沉积得到氮化铝缓冲层；T4、T5、T6、T7满足以下关系：T5-T4=5~10s，T6-T4=10~30s，T6-T5=3~10s，T7-T5=10~60s，T7-T6＞T6-T5；
每生长得到一层缓冲层后，控制反应腔室的温度为1000~1200℃，进行保温处理；其中，所述缓冲层为所述氮化硼缓冲层或所述氮化铝缓冲层，第i层缓冲层的保温处理的时间为ΔTi，第i+1层缓冲层的保温处理的时间为ΔTi+1，ΔTi、ΔTi+1满足以下关系：ΔTi+1＞ΔTi。
6.根据权利要求5所述的一种氮化铝外延结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在生长氮化硼缓冲层之前，还包括清洗衬底的步骤：将衬底置于反应腔室内，控制反应腔室的温度为1000~1100℃，向反应腔室内通入H2对衬底表面进行热清洗，所述热清洗的时间为3~10min。
7.根据权利要求5所述的一种氮化铝外延结构的制备方法，其特征在于，所述硼源为三乙基硼，所述氮源为氨气或氮气，所述铝源为三甲基铝。
8.根据权利要求5所述的一种氮化铝外延结构的制备方法，其特征在于，向反应腔室内通入氮源的同时，开启射频等离子体系统轰击氮源以形成氮等离子体；所述氮源的流量控制为1~20sccm，所述射频等离子体系统的功率设为200~500W。
9.根据权利要求5所述的一种氮化铝外延结构的制备方法，其特征在于，第1层缓冲层的保温处理的时间ΔT1= 40~60s，相邻两层缓冲层的保温时间的差值ΔTi+1-ΔTi =20~60s。
10.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件中包含如权利要求1~4任意一项所述的氮化铝外延结构。
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