[发明专利]一种提高氮化铝晶片紫外透过率的方法

说明书

本发明提供了一种提高氮化铝晶片紫外透过率的方法，包括如下步骤：在待处理氮化铝晶片的上下表面覆盖至少一层保护材料，形成夹层组合结构；将所述夹层组合结构装配至容器中，并将所述容器置于高温炉中；将所述高温炉抽真空，升温后充入保护气体，达到预设保温温度和低压环境后保温预设时间；降温至室温，从高温炉中取出容器，去除所述夹层组合结构中的保护材料并取出氮化铝晶片。本发明的方法，采用高温低压热处理的方式提升AlN晶片的紫外光透过率，改善了非故意掺杂引起的晶片颜色及光学性能的均匀性。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种提高氮化铝晶片紫外透过率的方法。

背景技术

氮化铝（AlN）晶体直接禁带隙宽6.2ev，为第三代宽禁带半导体的典型材料，具有高击穿场强、宽带系、高的表面声速、高热导率等物理性能，在高温、高功率、紫外发光器件等方面具有相当大的应用前景。同时，随着AlGaN（铝镓氮）基器件在高精密加工、医疗等方面的应用不断扩展，AlN单晶因与其较小的失配晶格常数，外延生长AlGaN（铝镓氮）具有低位错密度、表面平整、应力较小等的优点也受到广泛关注。

单晶AlN是制造紫外发光器件的理想衬底，生长高质量AlN单晶一般采用物理气相传输法（PVT）。然而，高紫外光透过率的AlN衬底难以制备。因为来自原料或生长室内的杂质在生长过程中会进入晶体，容易诱导产生点缺陷。非故意掺杂的杂质，如Si、O和C，缺陷复合体(V_Al-O_N)^-或(V_Al-O_N)^2-，以及本征点缺陷如Al空位，都会产生UV吸收带，严重影响晶片的光学、电学等性能，从而降低UVC-LED的紫外光发光效率。目前，难以通过PVT本身长晶工艺解决非故意掺杂的问题，主要是因为PVT长晶无法实现超高真空，环境杂质含量较高，以及晶体及习性面生长会引起掺杂浓度不均匀等问题。另外，还有方案通过其他金属元素如镁、铍通过扩散方式取代Al空位从而提高UV透过率。

综合而言，现有的对AlN单晶进行处理的方案包括：

1）AlN衬底市场上售价昂贵，在满足AlN衬底高温热处理＞1500℃条件时，单晶片在高温下的升华量大、质量及尺寸耗损大，经济上耗损非常大。直接将晶片放置在异质部件上，高温状态下易与部件粘结导致热处理的晶片取出后表面容易破损。同时由于晶片接触异质衬底，由于热膨胀系数不匹配甚至可能产生裂纹等，影响晶片的性能。

2）在氮化铝晶体生长室生长完成后进行原位热处理，可以释放应力解决氮化铝晶体由于应力集中导致晶体开裂等问题。但这种方法工艺步骤复杂难控制，原料或生长室内的杂质仍然存在，对于改善AlN晶片紫外（UV）透过率方面效果不明显。

3）在热处理室内对晶片进行高温高压热处理，晶片的升华量少，质量及尺寸耗损少。但该环境下晶片内部非故意掺杂的杂质较低压环境扩散效果差，提高晶片的紫外透过率效果不明显。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种提高氮化铝晶片紫外透过率的方法，采用高温低压热处理的方式提升AlN晶片的紫外光透过率，改善非故意掺杂引起的晶片颜色及光学性能的均匀性。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种提高氮化铝晶片紫外透过率的方法，包括如下步骤：

S1、在待处理氮化铝晶片的上下表面覆盖至少一层保护材料，形成夹层组合结构；

S2、将所述夹层组合结构装配至容器中，并将所述容器置于高温炉中；

S3、将所述高温炉抽真空，升温后充入保护气体，达到预设保温温度和低压环境后保温预设时间；

S4、降温至室温，从高温炉中取出容器，去除所述夹层组合结构中的保护材料并取出氮化铝晶片。