[发明专利]AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法及应用

说明书

本发明提出了一种AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：在衬底上利用电子束Al源炉制备AlN缓冲层或成核层；在AlN缓冲层或成核层表面利用电子束Al源炉制备AlN或AlGaN主外延层；本发明的AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法，利用电子束Al源炉制备AlN或AlGaN薄膜，相对于传统的热蒸发源炉，在其他生长条件相同下，可以有效地改善样品的表面形貌，使生长模式更易为层状生长，减少AlN薄膜与衬底界面处产生新缺陷的几率，降低材料的位错密度，提高表面平整度，改善材料质量，可以进一步提高深紫外发光及探测器件的性能，为其在广泛的军民应用领域提供基础。

技术领域

本发明涉及氮化物基材料制备技术领域，尤其涉及一种AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法及应用。

背景技术

近年来，氮化物材料作为第三代宽禁带半导体的代表性材料，广泛应用于短波光电子器件、紫外光电探测器件、高温电子器件、高场高功率电力电子器件中，对照明和电子电力等领域产生了深远的影响。如今基于GaN及低In组分GaInN材料体系的器件工艺比较成熟，而具有更宽带隙在深紫外发光探测等领域有重要意义的AlGaN材料的生长却不尽如人意。制备高性能的器件，生长高质量的材料是基础。

如今生长高Al组分AlGaN材料，一般采用AlN模板作为衬底，而由于Al原子迁移率低等本质问题，生长高质量的AlN模板以及高质量的AlN和AlGaN外延薄膜具有很高的难度。现有的采用等离子体辅助分子束外延法制备AlN和AlGaN薄膜的方法，其采用高温热蒸发源炉，制备得到的薄膜材料位错密度大，表面平整度不佳。基于此，有必要对现有的AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种位错密度小、表面平整度的AlN或AlGaN薄膜材料的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种AlN薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、在衬底上利用电子束Al源炉制备AlN缓冲层或成核层；

S2、在AlN缓冲层或成核层表面利用电子束Al源炉制备AlN主外延层；

其中，制备AlN缓冲层或成核层以及制备AlN主外延层控制电子束Al源炉的工艺参数为：控制电子束Al源炉产生的等效束流为9×10^-8-5×10^-7Torr、电压为15-22kV。

在以上技术方案的基础上，优选的，S1中制备AlN缓冲层具体为：在生长室中，控制电子束Al源炉产生的等效束流为9×10^-8-5×10^-7Torr、电压为15-22kV，控制氮气流量为0.8-1.4sccm，保持衬底温度为620-680℃下并生长8-12min即得AlN缓冲层。

进一步优选的，S2中制备AlN主外延层具体为：在保持电子束Al源炉的工艺参数以及氮气流量不变的情况下，提高衬底温度至820-880℃继续生长1-3h即得AlN主外延层。

本发明还提供了一种AlGaN薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

A1、在衬底上利用电子束Al源炉制备AlN缓冲层或成核层；

A2、在AlN缓冲层或成核层表面利用电子束Al源炉制备AlGaN主外延层；

其中，制备AlN缓冲层或成核层以及制备AlGaN主外延层控制电子束Al源炉的工艺参数为：控制电子束Al源炉产生的等效束流为9×10^-8-5×10^-7Torr、电压为15-22kV。