[发明专利]AlN模板及氮化镓基发光二极管外延片的制备方法

说明书

本发明公开了一种AlN模板及氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，属于GaN基发光二极管领域。方法包括：提供衬底，并将衬底放置于物理气相沉积设备的工艺腔室中，工艺腔室内放置有Al靶材，衬底与Al靶材相对，工艺腔室中设有挡板，当挡板为打开状态时，挡板位于衬底与Al靶材之间；对衬底进行加热；打开挡板，向工艺腔室通入Ar；当工艺腔室的压力达到预处理压力且衬底的温度达到预处理温度时，连通Al靶材和脉冲电源，并在预处理时间内保持工艺腔室的压力为预处理压力不变和衬底的温度为预处理温度不变；向工艺腔室通入反应气体；当工艺腔室的压力达到第一沉积压力且衬底的温度达到沉积温度时，关闭挡板，并在沉积时间内保持衬底的温度为沉积温度不变。

技术领域

本发明涉及GaN基发光二极管领域，特别涉及一种AlN模板及氮化镓基发光二极管外延片的制备方法。

背景技术

目前氮化镓基LED(Light Emitting Diode，发光二极管)受到越来越多的关注和研究，其一般包括外延片和在外延片上制备的电极。外延片通常包括：AlN模板(包括衬底及在衬底上覆盖的AlN薄膜)和顺次沉积在AlN模板上的未掺杂的GaN层、N型层、MQW(MultipleQuantum Well，多量子阱)层、电子阻挡层、以及P型层。当有电流通过时，N型层等N型区的电子和P型层等P型区的空穴进入MQW有源区并且复合，发出我们需要波段的可见光。其中，一般是通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)方法在衬底上溅射AlN薄膜，得到AlN模板。PVD方法的原理为，Ar在电场作用下，被电离成电子和Ar⁺。电子带负电向阳极(反应腔腔体)运动；Ar⁺带正电向阴极(Al靶材)方向运动，轰击Al靶材，溅射出靶材原子(Al)，Al原子与反应气体原子(N原子)结合生成AlN，然后沉积到衬底上。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：在PVD持续溅射AlN薄膜的过程中，在Al靶材(阴极)表面会形成AlN薄膜，导致轰击靶材的正离子Ar⁺将会在AlN薄膜表面积累，无法与阴极中的电子中和；同时，反应溅射沉积AlN薄膜时，会在反应腔腔体(阳极)表面逐渐积累一层绝缘的AlN薄膜，使得电离出的电子越来越难以回到作为归宿的阳极，这两个现象都会使得电荷的通路(例如正离子的运动)逐渐被隔断，造成阻抗增大，在恒定溅射功率的模式下会表现为电流逐渐减小，电压逐渐增大，导致AlN薄膜的均匀性变差。

发明内容

本发明实施例提供了一种AlN模板及氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，能够提高AlN薄膜的均匀性。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种AlN模板的制备方法，所述方法包括：

提供衬底，并将所述衬底放置于物理气相沉积设备的工艺腔室中，所述工艺腔室内放置有Al靶材，所述衬底与所述Al靶材相对，所述工艺腔室中还设有挡板，当所述挡板为打开状态时，所述挡板位于所述衬底与所述Al靶材之间以对所述衬底进行遮挡；

对所述衬底进行加热；

打开所述挡板，向所述工艺腔室通入Ar；

当所述工艺腔室的压力达到预处理压力且所述衬底的温度达到预处理温度时，连通所述Al靶材和脉冲电源，并在预处理时间内保持所述工艺腔室的压力为预处理压力不变和所述衬底的温度为所述预处理温度不变，所述预处理时间为2～15S；

在所述预处理时间后，继续对所述衬底进行加热并向所述工艺腔室通入反应气体，所述反应气体包括Ar和N₂；

当所述工艺腔室的压力达到第一沉积压力且所述衬底的温度达到沉积温度时，关闭所述挡板，并在沉积时间内保持所述衬底的温度为所述沉积温度不变，以在所述衬底上沉积AlN薄膜；

在所述沉积时间后停止对所述衬底进行加热、停止通入所述反应气体、且断开所述Al靶材和所述脉冲电源，以结束所述AlN薄膜的沉积。