[发明专利]一种基于蓝宝石衬底的氮化铝外延片的制备方法

说明书

本发明属于半导体电子器件技术领域，具体涉及一种基于蓝宝石衬底的氮化铝外延片的制备方法。该方法主要在buffer阶段进行工艺优化，在生长buffer阶段温度梯度循环变化生长，三甲基铝源长通，NHsubgt;3/subgt;周期变化通入。优化的buffer层长完后，再岛状(3D)及二维(2D)生长，制得氮化铝过渡层；在所述氮化铝过渡层上依次生长非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层和P型接触层，制得基于蓝宝石衬底的氮化铝外延片。通过该工艺生长的AlN薄膜材料，可以改变位错的倾斜行为，减少位错密度，减少AlN外延片裂纹，提高晶体质量，获得较好的AlN薄膜材料，从而达到直接改善产品的器件光电性能。

技术领域

本发明属于半导体电子器件技术领域，具体涉及一种基于蓝宝石衬底的氮化铝外延片的制备方法。

背景技术

作为一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，AlN不仅具有超宽直接带隙(6.2eV)、高热导率、高电阻率、高击穿场强、优异的压电性能和良好的光学性能，AlN在紫外光源、辐射探测器、微波毫米波器件、光电器件、电力电子器件以及声表面波器件等领域具有广阔的应用前景。特别在深紫外LED发光器件，要获得高质量、低位错密度的的AlN仍然是一个挑战。

在光电子器件领域，AlN薄膜的质量关系这UVC深紫外产品的性能。大多数生长AlN的UVC LED异质结构生长在C平面蓝宝石衬底上，采用MOCVD生长技术，典型生长温度为1200-1500℃，由于AlN材料与蓝宝石衬底存在较大的晶格失配，导致沉积层缺陷较多，位错密度也较高(5×10⁸cm^-2)，严重影响了器件的光电性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有用于深紫外LED器件的AlN材料缺陷问题，提供了一种有效的外延生长方法，从而可以获得较低的缺陷密度及较好的光电器件性能改善。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种基于蓝宝石衬底的氮化铝外延片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、在蓝宝石平片衬底上先烘烤，时间1-15min，温度1000-1200℃。NH₃流量1000-10000sccm；外延生长基盘的转速为100-1200r/min，压力为5-800mbar；

步骤二、生长优化的buffer层，反应腔内的温度进行梯度升温，整个阶段温度控制在800-1200℃之间，梯度升温过程包括n个温度恒定阶段和n个温度提升阶段，温度恒定阶段和温度提升阶段随时间的增长交替出现；当n≥2时，所述所述温度提升阶段的开始温度等于前一个所述温度恒定阶段的温度，其中n为3≤n≤6的正整数；

NH₃通入的量分为n个流量变化阶段和n个流量恒定阶段，所述n个流量变化阶段和所述n个流量恒定阶段随时间的增长交替出现，所述n个流量变化阶段与所述n个温度提升阶段出现的时间相对应，所述n个流量恒定阶段与所述n个温度恒定阶段出现的时间相对应；

设定m为1≤m≤n的正整数，在第m个流量变化阶段内，NH₃按照小流量A_m和大流量A_m+1交替周期性通入，在第m个流量恒定阶段，NH₃按照大流量A_m+1持续通入；第一个流量变化阶段的小流量A₁为500-1000sccm，后一个流量变化阶段的小流量A_m+1与前一个流量变化阶段的大流量A_m相同，每个流量变化阶段内小流量A_m和大流量A_m+1的差值为500-5000sccm；

三甲基铝以恒定的速度持续通入，流量为100-500sccm；

外延生长基盘的转速为200-1200r/min，压力为10-800mbar，制得氮化铝缓冲层；