【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，尤其涉及一种用于形成高质量aln薄膜的外延结构、制备方法及应用。
技术介绍
1、氮化铝(aln)材料在紫外探测器、紫外发光二极管(light-emitting diode，led)及紫外激光器等光电器件的制备中有重要应用，通常作为半导体材料层的生长基础进行外延生长等。然而，高质量aln单晶衬底的价格非常昂贵，现有的技术路线大多选择在蓝宝石等衬底上生长高质量aln薄膜来作为生长基础。
2、目前影响高质量aln薄膜生长的原因主要有：1、常规方法使用金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)生长aln薄膜时，蓝宝石衬底与aln的异质外延存在晶格失配大(13.3％)及热失配大(44％)的问题，aln薄膜晶体质量较差，位错密度较大(高达1×1011/cm2左右)，且随着厚度增加内部应力增大，表面会出现裂纹；2、目前aln薄膜生长需要较高的温度(1200℃-1300℃)，对设备要求较高；3、目前较多采用物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)溅射的方法得到高质量aln薄膜，但可生长的aln薄膜厚度有限，一般批量工艺生产的pvd溅射aln薄膜在20nm-100nm左右，如果继续沉积更厚的aln薄膜的话，随着工艺时间的拉长，导致靶材上的aln层越积越厚，后续工艺的溅射难度增大，工艺稳定性和准确性越来越难以保证，这种生长方式下，aln薄膜沉积厚度的限制很难满足不同器件的使用要求。
3、由此可
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于形成高质量aln薄膜的外延结构、制备方法及应用。
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、第一方面，本专利技术提供一种用于形成高质量aln薄膜的外延结构，其包括沿第一方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、第一aln层和第二aln层；所述缓冲层与所述第一aln层的晶格失配程度低于所述衬底与所述第一aln层的晶格失配程度；所述第一aln层具有沿所述第一方向延伸的多个岛状结构；所述第二aln层沿与所述第一方向垂直的第二方向连接多个所述岛状结构并形成连续膜层，至少所述连续膜层构成所述高质量aln薄膜；所述第一aln层的生长温度小于所述第二aln层的生长温度，所述第二aln层的生长温度为1000-1200℃。
4、进一步地，所述岛状结构的平均高度为10-12nm；
5、所述第二aln层具有粗糙度低于0.25nm的连续表面；
6、和/或，当所述第二aln层的厚度在200nm以上时，所述第二aln层的缺陷密度在5×108/cm2以下。
7、进一步地，所述第一aln层的厚度为10-30nm；
8、和/或，所述第二aln层的厚度为200-500nm；
9、和/或，所述缓冲层的材质包括u型gan、n型gan中的任意一种或两种以上的组合；
10、和/或，所述衬底的材质包括蓝宝石、si、sic、gan中的任意一种或两种以上的组合。
11、第二方面，本专利技术还提供一种高质量aln薄膜的制备方法，其包括：
12、提供表面覆设有缓冲层的衬底；
13、在第一设定条件下，在所述缓冲层表面生长第一aln层；
14、在第二设定条件下，在所述第一aln层表面生长第二aln层；
15、其中，所述缓冲层与所述第一aln层的晶格失配程度低于所述衬底与所述第一aln层的晶格失配程度；
16、所述第一设定条件中的第一温度小于所述第二设定条件中的第二温度，所述第二温度为1000-1200℃。
17、进一步地，所述第一设定条件还包括第一v/iii比，所述第二设定条件还包括第二v/iii比，所述制备方法包括：
18、在温度为所述第一温度、v/iii比为所述第一v/iii比的条件下，采用化学气相沉积法在所述缓冲层表面生长所述第一aln层；
19、在温度为所述第二温度、v/iii比为所述第二v/iii比的条件下，采用化学气相沉积法在所述第一aln层表面生长所述第二aln层；
20、其中，所述第一温度为450-900℃；所述第一v/iii比在1000以下，所述第二v/iii比在500以下。
21、进一步地，所述缓冲层包括u型gan层和/或n型gan层，所述提供表面覆设有缓冲层的衬底，包括：
22、提供一所述衬底；
23、采用化学气相沉积法在所述衬底表面生长所述u型gan层和/或所述n型gan层；
24、在第三设定条件下，对所述u型gan层和/或n型gan层进行高温退火处理，所述第三设定条件包括第三温度。
25、进一步地，所述第三设定条件包括第三温度为950-1150℃、时间为2-5min、气氛为氢气和氨气的混合气氛；
26、所述第一v/iii比为300-1000，所述第二v/iii为100-500；
27、所述方法还包括：
28、在生长所述第一aln层前，使所述衬底所处的生长温度从所述第三温度线性降低至所述第一温度。
29、进一步地，所述缓冲层、所述第一aln层和所述第二aln层的生长在同一化学气相沉积设备中连续进行；
30、所述化学气相沉积法的生长气氛包括气态的铝源和氮源，生长所述第一aln层的铝源的流量低于生长所述第二aln层的铝源的流量。
31、第三方面，本专利技术还提供上述制备方法制得的高质量aln薄膜。
32、第四方面，本专利技术还提供一种半导体器件，其包括上述外延结构或上述高质量aln薄膜。
33、基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
34、本专利技术所提供的技术方案通过缓冲层的插入，解决了aln薄膜与衬底的晶格失配大的问题，在此基础上配合更低温度的第一温度下生长的第一aln层的引入，可以在相对于现有技术较低的第二温度下生长第二aln薄膜，该生长方法可生长形成高质量、厚度较厚的第二aln层(例如1μm)，且在厚度较厚的情况下其表面不会出现裂纹。
35、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于形成高质量AlN薄膜的外延结构，其特征在于，包括沿第一方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、第一AlN层和第二AlN层；
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述岛状结构的平均高度为10-12nm；
3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述第一AlN层的厚度为10-30nm；
4.一种高质量AlN薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一设定条件还包括第一V/III比，所述第二设定条件还包括第二V/III比，所述制备方法包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层包括u型GaN层和/或n型GaN层，所述提供表面覆设有缓冲层的衬底，包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第三设定条件包括第三温度为950-1150℃、时间为2-5min、气氛为氢气和氨气的混合气氛；
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层、所述第一AlN层和所述第二AlN层的生长在同一化学气相沉积设备中连续
9.一种高质量AlN薄膜，所述高质量AlN薄膜由权利要求5-8中任意一项所述的制备方法制得。
10.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1-4中任意一项所述的外延结构或权利要求9所述的高质量AlN薄膜。
...【技术特征摘要】
1.一种用于形成高质量aln薄膜的外延结构，其特征在于，包括沿第一方向依次层叠设置的衬底、缓冲层、第一aln层和第二aln层；
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述岛状结构的平均高度为10-12nm；
3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述第一aln层的厚度为10-30nm；
4.一种高质量aln薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一设定条件还包括第一v/iii比，所述第二设定条件还包括第二v/iii比，所述制备方法包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：周溯沅，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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