CN1707753A - 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法 - Google Patents

一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1707753A
CN1707753A CNA2004100479455A CN200410047945A CN1707753A CN 1707753 A CN1707753 A CN 1707753A CN A2004100479455 A CNA2004100479455 A CN A2004100479455A CN 200410047945 A CN200410047945 A CN 200410047945A CN 1707753 A CN1707753 A CN 1707753A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
stove
temperature
aluminium nitride
silicon substrate
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.)
Granted
Application number
CNA2004100479455A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100355027C (zh
Inventor
张南红
王晓亮
曾一平
肖红领
王军喜
刘宏新
李晋闽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CNB2004100479455A priority Critical patent/CN100355027C/zh
Publication of CN1707753A publication Critical patent/CN1707753A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100355027C publication Critical patent/CN100355027C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气体，开始氮化铝的生长。

Description

一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别指氮化铝外延膜的外延生长方法。
背景技术
在氮化物中，氮化铝(AlN)占有重要位置。它与氮化镓(GaN)等III族氮化物一起在短波长发光二极管(LED)、高温微电子器件及微波器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)等领域都有着广泛的应用。此外由于AlN自身的独特性质，如很高的声表面波速度、负电子亲和势等，使得其在声表面波器件，场发射阴极等应用方面有着许多潜在的优势。一般来说，AlN外延生长常用的衬底是蓝宝石衬底，但是由于蓝宝石的热导率很低，绝缘性差，严重的限制了相应的器件工艺。利用Si衬底来外延生长AlN材料，优势主要体现在价格低、晶体质量好，技术成熟、易解理、易切割，适合大批量生产，并可将氮化物为基础的光电子、微波器件和成熟的硅(Si)基微电子技术相集成，对于降低成本有着十分重要的意义。
在本发明以前，经常采用的AlN材料的生长方法是：用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)或MBE方法在衬底上直接进行AlN生长。但是由于Si和AlN之间的晶格失配和热膨胀系数失配都很大，导致AlN层的晶体质量很差，而且表面粗糙不平，极大地影响了器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，具有AlN层的晶体质量好、表面平坦和极大地提高了器件的性能的优点。
本发明一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；该衬底的材料是硅；
再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；
最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气，开始氮化铝的生长。
其中所述的将衬底升温，其温度为820℃～860℃，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。
其中所述的将衬底降温后，关闭In炉后，开启Al炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的Al。
其中所述的氮化铝的生长，保持Al炉处于开启状态，再开In炉，通入氨气的流量为50～100sccm。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的AlN材料结构示意图。
图2是本发明的AlN生长过程示意图。
图3是本发明的AlN材料双晶X射线θ-2θ测试结果。
图4是未用In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS测试结果。
图5是本发明的用In作为表面活性剂时的AlN材料表面粗糙度RMS测试结果。
图6是本发明的AlN材料双晶X射线摇摆曲线半峰宽测试结果。
具体实施方式
请参阅图1、图2所示，本发明一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，包括如下步骤：
先将衬底1升温进行高温除气，其中所述的将衬底硅升温，其温度为820℃～860℃；该衬底1的材料是硅；在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。
再将衬底1降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底1表面覆盖几个单原子层的铝；其中所述的将衬底降温，关闭In炉后，开启Al炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的Al。
最后在此温度下，开始氮化铝2的生长；其中所述的氮化铝2的生长时，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气，其中氨气的流量为50～100sccm。
本发明关键在于在硅衬底1升温除气和在AlN的生长过程中一直开着In炉，在硅衬底1升温除气中开着In炉可以防止在衬底表面形成SiNx，而AlN的生长过程中一直开着In炉是由于In原子可以起表面活性剂的作用，从而提高了Al原子在氮化铝2生长过程中的迁移能力，从而得到高质量且表面平整的氮化铝材料。
实施例
请结合参阅图1、图2。
(1)先将衬底1升温至840℃进行高温除气，在衬底1升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。该衬底1的材料是硅。
(2)再将衬底1降温至800，关闭In炉，开启Al炉20秒，在衬底1表面覆盖几个单原子层的Al。
(3)最后在此温度下，保持Al炉处于开启状态，再开In炉，通入NH3气，开始氮化铝2(AlN)的生长，其中NH3的流量为75sccm。
对由以上步骤获得的样品进行测试分析，用此生长方法(图1、图2)获得的氮化铝2为高质量氮化铝材料；获得的AlN材料双晶X射线θ-2θ测试结果(图3)；未使用In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS为4.1nm(图4)，而以In作为表面活性剂时获得的AlN材料表面粗糙度RMS为0.6nm(图5)；AlN材料X射线摇摆曲线半峰宽小于30arcmin(图6)。

Claims (5)

1、一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
先将衬底升温进行高温除气，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx；
再将衬底降温，关闭铟炉，开启铝炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的铝；
最后在此温度下，保持铝炉处于开启状态，再开铟炉，通入氨气体，开始氮化铝的生长。
2、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，其中所述的衬底的材料是硅。
3、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，其中所述的将衬底升温，其温度为820℃～860℃，在升温过程中一直开着In炉以防止在衬底表面形成SiNx。
4、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，关闭In炉后，开启Al炉5～30秒，在衬底表面覆盖几个单原子层的Al。
5、根据权利要求1所述的一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法，其特征在于，保持Al炉处于开启状态，再开In炉，通入氨气的流量为50～100sccm。
CNB2004100479455A 2004-06-11 2004-06-11 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法 Expired - Fee Related CN100355027C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100479455A CN100355027C (zh) 2004-06-11 2004-06-11 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2004100479455A CN100355027C (zh) 2004-06-11 2004-06-11 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1707753A true CN1707753A (zh) 2005-12-14
CN100355027C CN100355027C (zh) 2007-12-12

Family

ID=35581535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100479455A Expired - Fee Related CN100355027C (zh) 2004-06-11 2004-06-11 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100355027C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412123A (zh) * 2011-11-07 2012-04-11 中山市格兰特实业有限公司火炬分公司 一种氮化铝的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391748B1 (en) * 2000-10-03 2002-05-21 Texas Tech University Method of epitaxial growth of high quality nitride layers on silicon substrates
JP3645233B2 (ja) * 2001-06-07 2005-05-11 日本電信電話株式会社 半導体素子
JP3867161B2 (ja) * 2002-09-20 2007-01-10 独立行政法人物質・材料研究機構 薄膜素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412123A (zh) * 2011-11-07 2012-04-11 中山市格兰特实业有限公司火炬分公司 一种氮化铝的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100355027C (zh) 2007-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6583468B2 (en) Semiconductor element
US8835988B2 (en) Hybrid monolithic integration
CN102646700B (zh) 复合缓冲层的氮化物高电子迁移率晶体管外延结构
US6696306B2 (en) Methods of fabricating layered structure and semiconductor device
CN101145516A (zh) 硅基氮化物单晶薄膜的外延结构及生长方法
Dai et al. High ${f} _ {{T}} $ AlGa (In) N/GaN HEMTs Grown on Si With a Low Gate Leakage and a High ON/OFF Current Ratio
US20140332833A1 (en) Substrate having hetero-structure, method for manufacturing the same and nitride semiconductor light emitting device using the same
US20140246679A1 (en) III-N MATERIAL GROWN ON ErAlN BUFFER ON Si SUBSTRATE
CN1728349A (zh) 铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法
TW202036899A (zh) 半導體結構中ｉｉｉ－ｎ到稀土的過渡
CN1697134A (zh) 一种利用SiN膜原位制备图形衬底的方法
Narang et al. Suitability of thin-GaN for AlGaN/GaN HEMT material and device
CN110938869B (zh) 一种在蓝宝石上外延GaN层的方法
CN1707753A (zh) 一种在硅衬底上生长高质量氮化铝的方法
Gkanatsiou et al. Influence of 4H-SiC substrate miscut on the epitaxy and microstructure of AlGaN/GaN heterostructures
JP5095051B2 (ja) 電子デバイス作製用サファイア単結晶基板及び電子デバイス作製用窒化ガリウム化合物半導体膜の作製方法
CN1617298A (zh) 准氮化铝和准氮化镓基生长衬底及在氮化铝陶瓷片上生长的方法
KR101145595B1 (ko) 질화물계 화합물 반도체의 성장방법
KR100834698B1 (ko) 질화 갈륨 박막 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화갈륨 박막 기판
CN110211867A (zh) 一种抑制硅基氮化镓射频器件的射频损耗的方法
CN100336942C (zh) 生长高结晶质量氮化铟单晶外延膜的方法
Yin et al. High quality GaN-based LED epitaxial layers grown in a homemade MOCVD system
KR100599123B1 (ko) 질화물 반도체의 제조방법
Lee et al. Growth of High Quality GaN on Si (111) Substrate by Using Two-Step Growth Method for Vertical Power Devices Application. Crystals 2021, 11, 234
Semond et al. From research to production: how MBE can unlock GaN-on-Si technology

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071212

Termination date: 20130611