[发明专利]一种氮化铝膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮化铝膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种氮化铝膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在衬底上生长具有孔状结构的氮化硅层；步骤2、将氮化硅层放入设备反应室中，控制反应室温度为600‑1000℃，压力为20‑200mbar，在氮化硅层表面生长氮化铝缓冲层；步骤3、控制反应室的温度为1100‑1500℃，压力为20‑200mbar，在氮化铝缓冲层表面生长氮化铝层。通过本发明提供的制备方法，极大地湮灭氮化铝在生长过程中出现的线缺陷以及位错，获得低缺陷浓度、高晶体质量的氮化铝层，同时避免了后续将氮化铝层与衬底进行机械剥离时可能产生机械损伤的问题。

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种氮化铝膜及其制备方法和应用。

背景技术

氮化铝(AlN)属于第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度高，击穿电场高，热导率高，电子饱和速率高以及抗辐射能力高等优点。AlN晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，在III-V族半导体材料中具有最大的直接带隙，约6.2eV，是重要的蓝光和紫外发光材料。其热导率高，电阻率高，击穿场强大，介电系数小，是优异的高温高频和大功率器件用电子材料。并且，沿c轴取向的AlN具有非常好的压电特性和声表面波高速传播性，是优异的声表面波器件用压电材料。同时，AlN晶体与氮化镓晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数，是外延生长AlGaN光电器件的优选材料。

现有方法制备AlN膜是在衬底上直接生长，这会产生以下不良影响：1、AlN层与衬底间存在晶格失配，从而在AlN晶体中引入应力，随着AlN层厚度的增加，会产生大量的裂纹，导致最终产品良率差；2、为了减少裂纹的产生，获得较好的良率，通常采用降低AlN层厚度的方法，然而又会导致AlN层的质量变差；3、现有的AlN层在后续与衬底进行机械剥离时可能产生机械损伤。

以上原因均限制了AlN膜在光电器件上的大规模生产和推广应用。

发明内容

本发明提供了一种氮化铝膜的制备方法，用于解决现有的氮化铝膜制备方法导致的氮化铝层与衬底间存在晶格失配且在后续机械剥离时可能产生机械损伤的问题。

本发明第一方面提供了一种氮化铝膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在衬底上生长具有孔状结构的氮化硅层；

步骤2、将所述氮化硅层放入设备反应室中，控制所述反应室温度为600-1000℃，压力为20-200mbar，在所述氮化硅层表面生长氮化铝缓冲层；

步骤3、控制所述反应室的温度为1100-1500℃，压力为20-200mbar，在所述氮化铝缓冲层表面生长氮化铝层。

本发明提供了一种氮化铝膜的制备方法，图1为本发明提供的氮化铝膜的制备方法流程示意图，如图1所示，首先在衬底上生长具有孔状结构的氮化硅层，其次将氮化硅层放入设备反应室中，控制反应室温度为600-1000℃，压力为20-200mbar，在氮化硅层表面生长氮化铝缓冲层，最后控制反应室温度为1100-1500℃，压力为20-200mbar，在氮化铝缓冲层上生长氮化铝层，得到最终的氮化铝膜。

本发明首先通过在氮化铝层与衬底之间添加一层具有孔状结构的氮化硅层，类似于将衬底表面图形化，一方面可以改变氮化铝的生长模式，延缓氮化铝晶核由三维向二维生长，极大地湮灭氮化铝在生长过程中出现的线缺陷以及位错，获得低缺陷浓度，高晶体质量的氮化铝层，另一方面由于氮化硅具有优良的物理性能，避免了后续将氮化铝层与衬底进行机械剥离时可能产生机械损伤的问题；其次，在氮化硅层的基础上，通过控制反应温度为600-1000℃，压力为20-200mbar，生长氮化铝缓冲层，在该温度压力下，可使源之间的预反应减弱，降低对后续氮化铝层的影响；最后，在氮化铝缓冲层的基础上，通过控制反应室的温度为1100-1500℃，压力为20-200mbar，有利于提高铝原子迁移率，可有效提高最终氮化铝膜的质量。