[发明专利]一种复合AlN模板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合AlN模板及其制备方法，所述复合AlN模板包括衬底(1)，所述衬底(1)的正面设有GaN层或Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N层(2)且所述GaN层或Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N层(2)的直径小于所述衬底(1)的直径，所述GaN层或Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N层(2)上以及未被所述GaN层或Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N层(2)覆盖的所述衬底(1)的正面上设有AlN层(3)，所述衬底(1)的背面设有Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;或SiOsubgt;2/subgt;层(4)。其能够获得高质量的单晶氮化铝模板且制造成本低，可以大批量快速生成。

技术领域

本发明属于半导体外延衬底制备技术领域，涉及一种AlN(氮化铝)模板及其制备方法，尤其涉及一种复合AlN模板及其制备方法。

背景技术

氮化铝模板是铝镓氮基深紫外LED外延生长的基底材料。氮化铝模板的结晶质量直接决定了上层铝镓氮的晶体质量，高质量的氮化铝模板可以有效降低铝镓氮的穿透位错密度(TDDs)，提高以此材料为基础生长的LED结构中电子和空穴的辐射复合效率，改善LED的可靠性和寿命。

可以作为深紫外LED结构生长的AlN模板有单晶AlN模板和异质AlN模板。其中，单晶AlN模板成本高昂且供应量有限，限制了应用。异质AlN模板是在异质衬底上制备AlN薄膜而形成的。在异质衬底上制备AlN薄膜的技术有金属有机化学气相沉积(MOCVD)、磁控溅射、分子束外延法(MBE)、氢化物气相外延法(HVPE)等。

但是，在蓝宝石材质的衬底表面直接生长氮化铝为异质外延，由于蓝宝石和氮化铝之间存在较大的热失配和晶格失配，使得蓝宝石衬底在MOCVD设备中生长氮化铝单层或LED结构时需要增加复杂的过度层工艺，且生长的氮化铝或铝镓氮的穿透位错密度(TDDs)高，降低了以此材料为基础生长的LED结构的内量子效率(IQE)，同时容易产量裂纹，导致LED漏电，影响芯片良率。

磁控溅射氮化铝为多晶且穿透位错密度(TDDs)高，不能直接作为氮化铝模板使用，一般用作MOCVD生长氮化铝模板的成核层。对磁控溅射氮化铝进行高温退火可以显著改善溅射氮化铝的双晶质量，使溅射多晶薄膜再结晶为单晶薄膜。但是，高温退火会使得氮化铝晶格常数a降低，内部存在较大的压应力(退火后氮化铝的晶格常数为a＝0.3097nm，c＝0.4989nm，无应力的氮化铝晶格常数为a＝0.3112nm，c＝0.4982nm)。经过退火后的氮化铝与无应力的氮化镓的晶格失配为2.9％(无应力氮化镓的晶格常数为a＝0.31896nm，c＝0.51855nm)，而无应力的氮化铝和氮化镓的晶格失配为2.43％，氮化铝与铝镓氮的晶格失配与铝组分线性相关，因此相比于无应力的氮化铝，经过高温退火后的氮化铝与不同铝组分的铝镓氮的晶格失配更大，晶格失配增大导致铝镓氮的山丘形貌增多，晶体质量变差，因此经过高温退火后的氮化铝不能直接作为生长深紫外LED的模板。

蓝宝石衬底和氮化铝的热失配为78.6％(蓝宝石衬底在[0001]方向的热膨胀系数为7.5×10^-6/K，AlN在[0001]方向的热膨胀系数为4.2×10^-6/K)，由于蓝宝石的热膨胀系数远大于氮化铝的热膨胀系数，经过高温退火后的AlN在[0001]方向会被蓝宝石压缩，晶格常数a降低，导致内部存在很大的压应力。

因此，现有的方法都存在一定的缺陷。其中，

1、单晶AlN衬底制造成本高且产量低，不适合大量应用。

2、分子束外延生长速度慢，成本高，生长的薄膜表面存在卵形缺陷/长须状缺陷，且存在多晶生长等问题。

3、HVPE存在如下缺陷：(1)生长速率快，难以精确控制膜厚；(2)反应气体对腔室存在腐蚀，从而影响外延薄膜的质量；(3)生长速率快，异质外延容易产生裂纹。