氮化铝单晶材料制备方法

摘要

一种氮化铝单晶材料制备方法，包含：在衬底上制备一III族氮化物成核层；在III族氮化物成核层上制备一III族氮化物结晶层；在III族氮化物结晶层上制备一应力协变层；在应力协变层上制备一III族氮化物自分解解耦合层；在III族氮化物自分解解耦合层上制备一第一III族氮化物模板层；在第一III族氮化物模板层上制备一第二III族氮化物模板层；在第二III族氮化物模板层上制备一氮化铝厚膜单晶材料层；通过中间工艺制备得到氮化铝单晶片衬底材料。本发明能为研制生产紫外和深紫外半导体光电器件提供低成本大尺寸氮化铝单晶片衬底材料，具有非常好的实用价值和市场推广前景。

主权项

一种氮化铝单晶材料制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤1：将一衬底置入金属有机物化学气相沉积‑卤化物气相外延复合工艺设备的生长室内；步骤2：采用金属有机物化学气相沉积工艺，在衬底上制备一III族氮化物成核层；步骤3：将衬底加热温度升温，采用金属有机物化学气相沉积工艺，在III族氮化物成核层上制备一III族氮化物结晶层；步骤4：改变衬底的加热温度，采用金属有机物化学气相沉积工艺，在III族氮化物结晶层上制备一应力协变层，所述的应力协变层是过渡金属IVB族氮化物应力协变层，其材料为TiN、ZrN、HfN、TiZrN、TiHfN、ZrHfN或TiZrHfN，其热膨胀系数高于高熔点单晶衬底和氮化铝；步骤5：采用金属有机物化学气相沉积工艺，改变衬底的加热温度，在应力协变层上制备一III族氮化物自分解解耦合层；步骤6：采用金属有机物化学气相沉积工艺，改变衬底的加热温度，在III族氮化物自分解解耦合层上制备一第一III族氮化物模板层；步骤7：将衬底的加热温度升温，III族氮化物自分解解耦合层中的铟组分随温度升高析出，并在应力协变层和第一III族氮化物模板层之间形成多孔疏松结构；步骤8：采用金属有机物化学气相沉积工艺，将衬底加热温度升温，在第一III族氮化物模板层上制备一第二III族氮化物模板层；步骤9：将衬底加热温度升温，采用卤化物气相外延工艺，在第二III族氮化物模板层上制备一氮化铝厚膜单晶材料层；步骤10：将衬底加热温度以5至50℃/分钟的降温速率降到室温，实现氮化铝厚膜单晶材料从衬底上自剥离，并从金属有机物化学气相沉积‑卤化物气相外延复合工艺设备生长室内取出厚膜单晶材料层；步骤11：将氮化铝厚膜单晶材料层作为籽晶置入物理气相传输设备的体单晶材料生长室内的钨坩埚的上方，将高纯氮化铝粉末作为原料置入物理气相传输设备的体单晶材料生长室内的钨坩埚内；步骤12：将物理气相传输设备体单晶材料生长室内的加热温度升温到1900至2400℃，通过上下加热温区的温度梯度调控，保持钨坩埚上方的氮化铝厚膜单晶材料的籽晶温区低于钨坩埚内部氮化铝粉末原料温区30至100℃，采用物理气相传输工艺，以厚膜单晶材料层为籽晶制备生长氮化铝体单晶材料；步骤13：将物理气相传输设备的体单晶材料生长室加热温度降到室温取出氮化铝体单晶材料，经切、磨、抛光制备得到氮化铝单晶片衬底材料。