一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法与流程

本发明涉及金刚石半导体材料，尤其涉及一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法。

背景技术：

1、金刚石材料具有宽带隙、高载流子迁移率、高载流子饱和漂移速度、低介电常数、抗辐射和耐腐蚀等优势，可用于制备高频功率器件。但是，由于金刚石带隙宽，常规掺杂技术实现导电特性时，掺杂元素(b、p、s等)激活能量高，掺杂元素激活率低，造成金刚石半导体材料载流子浓度低、迁移率低、方阻高等问题。如何实现高导电特性的金刚石材料成为目前限制金刚石半导体器件发展的核心瓶颈问题之一。

2、金刚石上生长氮化铝构成异质结，可在金刚石内获得高性能二维载流子导电沟道。但是，因为金刚石与氮化铝为不同的半导体材料，形成的异质结界面缺陷较多，导致金刚石氮化铝异质结导电性能较差。

技术实现思路

1、本发明提供了一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，以解决现有金刚石氮化铝异质结外延缺陷多、导电性能差的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，包括：在氢气气氛下对单晶立方结构的金刚石衬底进行热处理，得到表面修复后的金刚石衬底，其中，所述金刚石衬底为001晶向。将所述表面修复后的金刚石衬底在氢等离子体中进行氢处理，在金刚石衬底表面形成c-h键，得到氢处理后的金刚石衬底。在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝，制备得到立方结构的金刚石氮化铝异质结外延材料。

3、在一种可能的实现方式中，所述在氢气气氛下对单晶立方结构的金刚石衬底进行热处理之前，还包括：对单晶立方结构的金刚石进行研磨和抛光，得到001晶向的单晶立方结构金刚石衬底。

4、在一种可能的实现方式中，所述在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝包括：将氢处理后的金刚石衬底置于金属有机化合物化学气相沉淀设备内，升温至预设外延温度。在预设外延温度下通入氢气、三甲基铝与氨气，外延生长立方结构的氮化铝。

5、在一种可能的实现方式中，所述在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝包括：将氢处理后的金刚石衬底置于磁控溅射设备内，升温至预设溅射温度。在预设溅射温度下通入氮气、溅射铝靶，基于反应溅射法生长立方结构的氮化铝。

6、在一种可能的实现方式中，所述氮化铝的厚度范围为1nm至500nm。

7、在一种可能的实现方式中，所述热处理的温度范围为500至900℃，时间范围为30分钟至10小时。

8、在一种可能的实现方式中，所述金刚石衬底的厚度范围为1微米至1毫米。

9、在一种可能的实现方式中，所述氢处理的设备包括微波等离子体化学气相沉积设备或等离子体增强化学气相沉积设备。

10、在一种可能的实现方式中，所述氢处理的温度范围为400至900℃，时间范围为5分钟至60分钟。

11、在一种可能的实现方式中，所述氢处理后的金刚石衬底在5μm*5μm范围内表面粗糙度小于1nm。

12、本发明提供一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，该方法包括：在氢气气氛下对单晶立方结构的金刚石衬底进行热处理，得到表面修复后的金刚石衬底，其中，金刚石衬底为001晶向。将表面修复后的金刚石衬底在氢等离子体中进行氢处理，在金刚石衬底表面形成c-h键，得到氢处理后的金刚石衬底。在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝，制备得到立方结构的金刚石氮化铝异质结外延材料。本发明一方面采用001晶向的立方结构金刚石衬底进行外延生长，可制备得到立方结构氮化铝，形成金刚石氮化铝异质结。另一方面，通过先在立方结构金刚石上进行氢处理再生长氮化铝，减小了氮化铝的成核能量、易于生长立方结构氮化铝。制备得到的立方金刚石/立方氮化铝的异质结晶格匹配度高、异质结界面外延缺陷少，提升了金刚石氮化铝异质结外延材料的导电性能。

技术特征：

1.一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述在氢气气氛下对单晶立方结构的金刚石衬底进行热处理之前，还包括：

3.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝包括：

4.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝包括：

5.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述氮化铝的厚度范围为1nm至500nm。

6.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述热处理的温度范围为500至900℃，时间范围为30分钟至10小时。

7.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述金刚石衬底的厚度范围为1微米至1毫米。

8.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述氢处理的设备包括微波等离子体化学气相沉积设备或等离子体增强化学气相沉积设备。

9.如权利要求5所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述氢处理的温度范围为400至900℃，时间范围为5分钟至60分钟。

10.如权利要求1所述的金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，其特征在于，所述氢处理后的金刚石衬底在5μm*5μm范围内表面粗糙度小于1nm。

技术总结本发明提供一种金刚石氮化铝异质结外延材料制备方法，该方法包括：在氢气气氛下对单晶立方结构的金刚石衬底进行热处理，得到表面修复后的金刚石衬底，其中，金刚石衬底为001晶向。将表面修复后的金刚石衬底在氢等离子体中进行氢处理，在金刚石衬底表面形成C‑H键，得到氢处理后的金刚石衬底。在氢处理后的金刚石衬底表面生长立方结构的氮化铝，制备得到立方结构的金刚石氮化铝异质结外延材料。本发明采用001晶向的立方结构金刚石衬底进行外延生长，可制备得到立方结构氮化铝，形成金刚石氮化铝异质结。制备得到的立方金刚石/立方氮化铝的异质结晶格匹配度高、异质结界面外延缺陷少，提升了金刚石氮化铝异质结外延材料的导电性能。技术研发人员：蔚翠,冯志红,刘庆彬,何泽召,周闯杰,郭建超,马孟宇,余浩,李鹏雨,张栋曜,杨玉章,王维受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2