[发明专利]一种AlN薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种AlN薄膜及其制备方法和应用，属于半导体薄膜材料技术领域。本发明在衬底上形成掩膜后刻蚀，在衬底表面形成规则排列的凹坑；然后在凹坑中溅射沉积AlN，并通过退火的方式，在衬底表面得到了规则排列、应力小且致密的AlN籽晶。由于AlN籽晶只在凹坑中而衬底表面其他位置没有，在后续外延生长过程中，AlN籽晶为同质外延，而衬底上为异质外延，可以改善衬底和AlN层的晶格失配和热失配，又能降低位错密度，提高晶体质量。同时，由于同质和异质生长速率的差异，使后续生长的AlN层趋向于二维生长，得到表面光滑的AlN层。溅射AlN层经过退火处理后，会和衬底凹坑的最下层形成空隙层，提高深紫外LED的出光效率。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜材料技术领域，具体涉及一种AlN薄膜制备方法。

背景技术

氮化铝（AlN）作为宽带隙的直接带隙半导体，具有宽带隙（6.2eV），是一种重要的蓝光和紫外发光材料，在紫外探测器、紫外发光二极管和紫外激光器等光电器件中有重要的应用，特别是在背入射日光盲探测器、倒扣封装的紫外LED中是必不可少的。

目前，AlN膜的主要是通过异质外延技术制备得到。例如，现有技术“Growth ofhigh-quality and crack free AlN layers on sapphire substrate by multi-growthmode modification”（参见Okada N , Kato N , Sato S , et al. Growth of high-quality and crack free AlN layers on sapphire substrate by multi-growth modemodification[J]. Journal of Crystal Growth, 2007, 298:349-353.）公开了一种采用异质外延法AlN膜的方法，通过改变AlN的生长速率进而改变其生长模式从而制备AlN膜。然而，采用上述方法制备AlN膜过程中，由于AlN外延层与衬底具有较大的晶格失配和热失配，AlN晶体在外延生长过程中易产生大量的位错和应力，而位错多会严重降低AlN膜制成的光电器件的光强、寿命等性能，应力较大会产生大量的裂纹而影响光电器件的良率；同时应力在释放的过程中也会产生大量的位错；进而导致AlN晶体的质量差。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种AlN薄膜及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的AlN薄膜位错密度低、无裂纹、质量高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上形成掩膜，得到含掩膜衬底；

对所述含掩膜衬底表面进行刻蚀，在衬底表面形成凹坑；

以铝为靶材，在氮气-惰性混合气体存在条件下，在所述凹坑中溅射沉积AlN后去除残余掩膜，得到含溅射AlN层衬底；

将所述含溅射AlN层衬底进行退火，得到含致密AlN层衬底；

在所述含致密AlN层衬底表面外延生长AlN，形成外延AlN层，在衬底表面得到AlN薄膜。

优选的，所述含溅射AlN层衬底中溅射AlN层的厚度为10~400nm。

优选的，所述退火包括依次进行第一退火和第二退火；

所述第一退火的温度为1500~1800℃，保温时间为0.5~5h；

所述第二次退火温度为500~1000℃，保温时间为0.5~3h。

优选的，所述衬底的材质包括蓝宝石、碳化硅、氧化锌、金属或玻璃。

优选的，所述掩膜包括光刻胶掩膜、金属掩膜或二氧化硅掩膜。