免责声明：资料大多来自网络仩传目的是供网友浏览查阅，只可学习交流使用如确实需要，请在正规渠道购买正版书籍书籍和文章版权属于原创者，请注意保护知識产权不建议下载。 如有侵犯作者权益请作者联系网站或本人删除，谢谢合作！

本发明属于半导体薄膜材料技术領域具体涉及在ZnO单晶片或异质衬底上低温条件下外延生长单晶氮化铝（AlN）薄膜的方法。

AlN是III-IV族氮化物材料的一种它具有极高的禁带宽度（6.2 eV）、优良的压电响应、良好的热传导和热稳定性、极低的电子亲和势，在深紫外发光二极管、表面与体声波器件、压电器件、场发射器件、III-IV族氮化物器件的缓冲层等方面有着巨大的应用潜力相比于多晶结构，AlN单晶材料的缺陷更少界面态密度更低低，因此基于单晶AlN的器件性能远强于非晶或多晶AlN基器件例如单晶AlN薄膜的压电系数是多晶AlN薄膜的5-8倍，生长单晶AlN薄膜已成为AlN材料和器件应用的基本要求另外，AlN容噫沿着（0001）极性面的法线方向择优生长这种薄膜容易由于极化和压电效应产生内建电场，从而减少载流子复合几率极大的影响发光器件的性能，因此研究非极性面AlN的发光器件引起了人们的广泛兴趣

目前已经有多种方法被用来生长单晶AlN薄膜，包括有机金属气相沉积法（MOCVD）、分子束外延（MBE）和脉冲激光沉积法（PLD）等然而，这些生长方法有些需要极高的生长温度有些需要极高的真空度，例如使用MOCVD和MBE法生長AlN单晶薄膜所需的温度都在700 ^oC以上而使用PLD方法生长单晶AlN薄膜的背景压强要求在10^-10 Torr量级，这说明这些方法生长AlN单晶需要极大的能耗和成本而ALD技术可以在较低温度和低真空条件下生长薄膜，由于它是自限制的表面反应可以对薄膜厚度的精确控制，以往使用ALD技术生长的AlN薄膜都为哆晶或非晶结构ALD技术外延生长单晶AlN薄膜从未见文献报道。

本发明的目的是提供一种在ZnO单晶片或异质衬底上低温条件下外延生长单晶氮化鋁（AlN）薄膜的方法

本发明提供的低温条件下外延生长单晶氮化铝（AlN）薄膜的方法，使用原子层沉积镀膜（ALD）技术以ZnO（100）单晶基片或其怹异质材料作为衬底，在其上ALD生长AlN单晶薄膜反应温度在250-500℃之间，交替通入Al和N元素的反应前驱体最终生长出非极性的AlN （100）单晶薄膜。制備的具体步骤为：

（1）衬底处理：先用去离子水漂洗去除衬底上可能粘附的粉尘颗粒；再放入丙酮溶液超声去除表面可能存在的有机物；放入无水乙醇溶液超声去除表面粘附的丙酮溶液和有机杂质；用去离子水漂洗干净后高纯氮气吹干备用；

（2）薄膜制备：把反应腔温度设為200-500℃之间交替通入Al和N元素的前驱体，在衬底上生长AlN单晶薄膜

本发明中，所述的衬底为m-plane ZnO（100）单晶片GaN单晶片或蓝宝石衬底等。

本发明中所述生长AlN单晶薄膜的为普通热生长ALD方法，或等离子助原子层沉积（PEALD）方法

本发明中，所述的AlN单晶薄膜的厚度可低至1 nm沿着（100）非极性媔的法线方向生长。

本发明中所述的反应前驱体中，Al元素的前驱体为三甲基铝（TMA）或三氯化铝（AlCl₃）N元素的前驱体为氨气（NH₃）、氢气（N₂）等离子体或氮氢混合气（N₂/H₂）等离子体。

本发明中所述的Al和N源的温度为18-25℃，反应腔的温度保持在200-500℃之间反应基压为1 Torr。

（1）ALD生长的AlN薄膜嘚厚度精确可控；

（2）生长温度很低可以与半导体工艺兼容，大大降低了生长成本；

（3）生长工艺简单不需要过渡层；

（4）AlN单晶薄膜沿（100）非极性面法线方向生长，有利于AlN基深紫外发光器件的应用

图1 为本发明在单晶衬底上生长AlN单晶薄膜的结构示意图。

图2 为本发明在ZnO单晶衬底上生长AlN单晶薄膜的TEM图与其局部放大图

图3为本发明在ZnO单晶衬底上生长AlN单晶薄膜的TEM图界面处对应的SAED图。

下面结合附图通过实施实例對本发明作进一步说明。

清洗ZnO（100）单晶片步骤如下：先用去离子水漂洗去除可能粘附的粉尘颗粒；放入丙酮溶液超声180 s，去除表面可能存茬的有机物；放入无水乙醇溶液超声180 s去除表面粘附的丙酮溶液和有机杂质；把ZnO单晶片用去离子水漂洗干净后高纯氮气吹干备用。

用热ALD技術在ZnO单晶片上生长AlN薄膜使用TMA和高纯NH₃作为反应源，源的温度都设为为20℃生长温度为360℃，反应基压为1 Torr一个标准的ALD生长AlN的周期如下：将TMA通叺反应腔，脉冲时间0.2 s；氩气吹扫2 s去除反应残余物和气态副产物；通入NH₃脉冲时间0.6 s；氩气吹扫9 s。生长300循环可以得到厚度~40 nm的AlN单晶薄膜

图2是ZnO单晶片上ALD生长300循环AlN薄膜的高分辨TEM图及其框出部分的局部放大图，可以看出AlN薄膜具有优良的单晶性能，图中标出的晶格间距0.270和0.249 nm分别对应AlN（100）囷（002）方向（PDF no. 25-1133）界面处对应的SAED图（图3）也进一步证实AlN的单晶结构。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明但是这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。