[發(fā)明專利]生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜及其制備方法、應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210485131.4
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102945898A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/02;H01L33/32
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 湯喜友

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種AlN薄膜，具體涉及一種生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

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背景技術(shù)

發(fā)光二極管（即LED）作為一種新型固體照明光源和綠色光源，由于具有體積小、耗電量低、環(huán)保、使用壽命長、高亮度、低熱量以及多彩等突出的特點(diǎn)，在室外照明、商業(yè)照明以及裝飾工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，在全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)峻的背景下，節(jié)約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對的重要問題。以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)，將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向。在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光。LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀(jì)將是以LED為代表的新型照明光源的時代。但是，現(xiàn)階段LED的應(yīng)用成本較高，發(fā)光效率較低，這些因素大大限制了LED向高效節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。

ⅢA族氮化物AlN（即是氮化鋁）在電學(xué)、光學(xué)以及聲學(xué)上具有極其優(yōu)異的性質(zhì)，近幾年來受到廣泛關(guān)注。AlN是直接帶隙材料，其聲波傳輸速度快、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、擊穿介電強(qiáng)度高，是制造高效的薄膜體聲波諧振器、LED器件等電器件的理想材料。目前，氮化物L(fēng)ED的發(fā)光效率現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到28%并且還在進(jìn)一步增長，該數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前通常使用的白熾燈（其發(fā)光效率約為2%）或熒光燈（其發(fā)光效率約為10%）等照明器件的發(fā)光效率。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國目前的照明用電每年在4100億度以上，超過英國全國一年的用電量。如果用LED取代全部白熾燈或部分取代熒光燈，可節(jié)省接近一半的照明用電量，超過三峽工程全年的發(fā)電量。因照明而產(chǎn)生的溫室氣體排放也會因此而大大降低。另外，與熒光燈相比，氮化物L(fēng)ED不含有毒的汞元素，且使用壽命約為此類照明工具的100倍。

LED要真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模廣泛應(yīng)用，還需要進(jìn)一步提高LED芯片的發(fā)光效率。雖然LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過日光燈和白熾燈，但是商業(yè)化LED發(fā)光效率還是低于鈉燈（其發(fā)光效率約為150lm/w），單位流明/瓦的價格偏高。目前，LED芯片的發(fā)光效率還不夠高的一個主要原因是其應(yīng)用的AlN薄膜是采用藍(lán)寶石為襯底。由于藍(lán)寶石與氮化物的晶格失配高達(dá)17%，導(dǎo)致外延氮化物薄膜形成過程中有很高的位錯密度，從而降低了材料的載流子遷移率，縮短了載流子壽命，進(jìn)而影響了氮化物L(fēng)ED器件的性能。其次，由于室溫下藍(lán)寶石熱膨脹系數(shù)（6.63×10^-6/K）較氮化物的熱膨脹系數(shù)（5.6×10^-6/K）大，兩者間的熱失配度約為－18.4%，當(dāng)外延層生長結(jié)束后，器件從外延生長的高溫冷卻至室溫過程會產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力，容易導(dǎo)致薄膜和襯底的龜裂。再次，由于藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率低（100℃時為0.25W/cmK），很難將芯片內(nèi)產(chǎn)生的熱量及時排出，導(dǎo)致熱量積累，使器件的內(nèi)量子效率降低，最終影響器件的必性能。此外，由于藍(lán)寶石是絕緣體，不能制作垂直結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件，因此，電流在器件中存在橫向流動，導(dǎo)致電流分布不均勻，產(chǎn)生較多熱量，很大程度上影響了氮化物L(fēng)ED器件的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。

因此，行業(yè)迫切尋找一種熱導(dǎo)率高可以快速地將LED節(jié)區(qū)的熱量傳遞出來的材料，作為襯底。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜；

本發(fā)明的目的之二在于提供一種生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜的制備方法；

本發(fā)明的目的之三在于提供上述生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種生長在金屬Ag襯底上的AlN薄膜，其采用以下制備方法獲得：采用金屬Ag為襯底，選擇Ag襯底的（111）晶面偏向（100）方向0.5－1°的晶體取向，在金屬單晶Ag(111)襯底上生長出外延AlN薄膜。