[发明专利]一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种AlN薄膜技术领域，尤其是一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法。

背景技术

AlN是Ⅲ-V族化合物，一般以六方晶系中的纤锌矿结构存在，有许多优异的性能，如高的热传导性、低的热膨胀系数、高的电绝缘性质、高的介质击穿强度、优异的机械强度、

优异的化学稳定性和低毒害性、良好的光学性能等。由于AlN有诸多优异性能，带隙宽、极化强，禁带宽度为6.2eV，使其在机械、微电子、光学，以及电子元器件、声表面波器件制造、高频宽带通信和功率半导体器件等领域有着广阔的应用前景。

目前，AlN的应用主要体现在以下几个方面：压电材料、外延缓冲层材料、发光层材料、医疗材料。一方面，由于AlN材料具有电子漂移饱和速率高、热导率高、介质击穿强度高等优异特性，其在高频、高温、高压电子器件领域有着巨大的潜力，而纤锌矿结构的AlN薄膜具有高速率声波学的压电特性，其表面声学在已知压电材料中最高，并具有较大的机电耦合系数，因此AlN是用于制备高频表面波器件的优选材料。另一方面，由于AlN具有高热导、低热膨胀以及较宽带隙的优点，而且与GaN晶格有较好的匹配，用AlN作为缓冲层可以有效提高GaN、InN外延薄膜的晶体质量，明显改善其电学与光学性能。另外，AlN可以作为蓝光紫外光的发光材料，紫外光在杀菌、医疗、检测、植物生长、报警等领域具有非常广泛的应用前景，如果进行掺杂或者制作复合膜，发光光谱将覆盖整个可见光区域，但是该材料掺杂困难，并且掺杂之后，AlN的晶体质量变差，光学性能很差。

AlN薄膜必须具有较高的结晶质量，才能满足以上多方面的应用。目前常用于制备AlN薄膜的方法有化学气相沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及分子束外延法等。然而，绝大多数的制备方法要求将衬底加热到较高的温度，但较高的温度可能会导致衬底材料的损伤，这是AlN薄膜制备的一大难题。并且，要达到生长高质量AlN晶体的要求，则需要复杂的设备仪器，造价昂贵，且单个薄膜的生长速度较慢，单个样品的成本过高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种高光效P型非极性AlN薄膜，包括M面蓝宝石衬底层、非极性ZnO薄膜层、Ag纳米粒子层、非极性P-AlN薄膜层、P-AlN盖帽层、Pt纳米粒子层，所述的M面蓝宝石衬底层上生长有非极性ZnO薄膜层，所述的非极性ZnO薄膜层上端生长有Ag纳米粒子层，所述的Ag纳米粒子层上端生长有非极性P-ALN薄膜层，所述的非极性P-AlN薄膜层上端设置有P-AlN盖帽层，所述P-AlN盖帽层上端溅射有Pt纳米粒子层，其中，所述的P-AlN盖帽层采用Mg、F共掺杂得到。

优选的，所述的非极性ZnO薄膜层的厚度为30-200nm。

优选的，所述的Ag纳米粒子层是厚度为8-12nm。

优选的，所述的非极性P-AlN薄膜层的厚度为300-800nm。

优选的，所述的P-AlN盖帽层的厚度为20-50nm。

优选的，所述Pt纳米粒子层的Pt纳米粒子的直径为2-30nm。

本发明还提供一种高光效P型非极性AlN薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

S1)、在M面蓝宝石衬底层上使用PECVD生长30-200nm的非极性ZnO薄膜层；

S2)、然后在非极性ZnO薄膜层上外延一层厚度为8-12nm的Ag膜，然后在850℃快速退火1-2min，得到Ag纳米粒子层；

S3)、将上述转移至MOCVD中生长非极性P-AlN薄膜层，然后采用Mg、F共掺杂非极性P-AlN薄膜层，得到P-AlN盖帽层；

S4)、重掺杂生长结束后，溅射8-15nm的Pt膜，在750-950℃下，快速退火30-100s，得到直径为2-30nm的Pt纳米粒子层，从而得到高光效P型非极性AlN薄膜。

本发明的有益效果为：

1、使用Ag纳米粒子作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P-AlN薄膜的质量，同时，Ag纳米粒子具有局域表面等离子体增强效应，可以大幅度提高P-AlN的光效，相对现有技术提高至少8-12倍；

2、在P型非极性AlN薄膜表面使用Pt纳米粒子对P-AlN进行二次增强，抑制缺陷发光；同时，Pt纳米粒子与界面处的Ag纳米粒子形成二次反射镜面，可以在较大程度上提高薄膜的光提取效率；