[发明专利]一种减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的制备方法

说明书

本发明公开了一种减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的制备方法，包括硅衬底预处理和在经过预处理的硅衬底上生长AlN薄膜，生长AlN薄膜过程中掺杂原子半径比Al原子半径大的Mg原子。本发明一方面利用Mg原子在生长过程中对AlN薄膜形成压应力，使AlN薄膜不易形成微孔洞，另一方面利用Mg原子在AlN中易团聚形成间隙原子填充微孔洞，从而大幅降低硅衬底上AlN薄膜微孔洞的生成。本发明的制备方法工艺简单，可实现高稳定性、高重复性的硅衬底AlN外延材料制备，解决了现有技术中AlN薄膜由于Al原子迁移弱、AlN与硅衬底之间的张应力大等导致孔洞多的问题。

技术领域

本发明涉及半导体材料的外延生长技术领域，尤其是涉及一种减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的制备方法。

背景技术

AlGaN基深紫外LED具有结构简单、波长可控、能耗低、材料安全可靠、环保、寿命长、易于实现小型化等优点，广泛应用于光治疗、植物照明、杀菌消毒、印刷固化、钱币防伪、数据存储等领域。目前，AlGaN基深紫外LED在科学研究和商业化产品中已取得了一定进展，但存在的若干瓶颈问题导致AlGaN基深紫外LED的电光转化效率非常低，影响了AlGaN深紫外在杀菌消毒领域的进一步扩展。由于同质衬底的匮乏，AlGaN深紫外通常在异质衬底上生长。为了降低AlGaN材料的位错密度，提高晶体质量，在生长AlGaN材料前通常需要在衬底上生长一层AlN缓冲层，因此AlN薄膜相当于AlGaN深紫外LED的“地基”，获得无孔洞且晶体质量好的AlN薄膜是提高深紫外LED发光效率的前提。

然而AlN与硅衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，使得硅衬底上AlN生长和冷却过程中产生很大的张应力，导致高位错密度和孔洞的形成。另外，由于Al原子在外延表面的迁移能力差，源的预反应严重，使得AlN在生长过程形成各种缺陷，而其中孔洞最为常见，密度高达1×10¹⁰/cm²。现有AlN外延技术一般侧重于衬底处理、插入低温层几个方面，并且只关注于材料的位错密度变化；在掺杂方面利用Si实现N型半导体、利用Mg掺杂实现P型导电，关注其电子迁移率、P型浓度等，针对AlN薄膜微孔洞的改善研究比较少。因此发明一种能减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的方法具有重要的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的制备方法，在AlN薄膜生长过程中掺杂Mg原子，用于解决现有技术中AlN薄膜由于Al原子迁移弱、AlN与硅衬底之间的张应力大等导致孔洞多的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种减少硅衬底上AlN薄膜微孔洞的制备方法，包含硅衬底预处理和在经过预处理的硅衬底上生长AlN薄膜，硅衬底预处理包含但不限于以下的一种或多种组合：①硅衬底热清洗；②硅衬底铺Al；③硅衬底氨化铺Al；④铺Al氨化，其特征在于：在硅衬底上生长AlN薄膜的过程中掺杂原子半径比Al原子半径大的Mg原子，以减少硅衬底上AlN薄膜中微孔洞的生成。

所述硅衬底进行热清洗处理的温度为1100℃-1250℃。

在经过热清洗的所述硅衬底上铺Al的温度为 900℃-1250℃。

在所述铺Al层上外延生长AlN薄膜的温度为1100℃-1250℃。

在所述AlN薄膜中Mg的掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10²⁰/cm³。

掺杂Mg的AlN薄膜的厚度为100nm-1000nm。

所述AlN薄膜掺杂Mg方式为连续掺杂或脉冲掺杂。