[發明專利]一種具有自組裝模板的AlGaN復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010830369.0
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112086543B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 張駿;岳金順;梁仁瓅
• 申請（專利權）人: 蘇州紫燦科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 易賢衛

本發明公開了一種具有自組裝模板的AlGaN復合薄膜及其制備方法，所述具有自組裝模板的AlGaN薄膜由下至上依次設置有藍寶石襯底、AlN低溫緩沖層、高溫AlN層、AlGaN自組裝模板層和高溫AlGaN薄膜層；所述AlGaN自組裝模板層由緊貼設置的AlInGaN薄膜層和AlGaN低溫層升溫退火至In升華后制得，且升溫退火前所述AlInGaN薄膜層位于靠近所述高溫AlN層一側，所述AlGaN低溫層位于靠近所述高溫AlGaN薄膜層一側。本發明通過AlInGaN薄膜層和AlGaN低溫層經升溫退火至In升華后，形成具有圖形化的AlGaN自組裝模板層，該AlGaN自組裝模板層可以有效過濾來源于高溫AlN層的穿透位錯，并釋放生長過程中積累的熱應力，從而顯著提高AlGaN復合薄膜的質量并防止薄膜開裂。

技術領域

本發明涉及半導體光電領域，特別是一種具有自組裝模板的AlGaN復合薄膜及其制備方法。

背景技術

III族氮化物作為寬禁帶半導體材料中的杰出代表，已經實現了高效的藍綠光發光二極管(light-emitting diodes，LED)、激光器等固態光源器件，其在平板顯示、白光照明等應用方面取得了巨大成功。近十年來，人們期望將這種高效的發光材料應用于紫外波段，以滿足日益增長的紫外光源需求。紫外波段根據其生物效應通常可分為：長波紫外(UVA，320nm-400nm)、中波紫外(UVB，280nm-320nm)、短波紫外(UVC，200nm-280nm)以及真空紫外(VUV，10nm-200nm)。紫外線雖然不能被人類眼睛所感知，但其應用卻非常廣泛。長波紫外光源在醫學治療、紫外固化、紫外光刻、信息存儲、植物照明等領域有著巨大的應用前景；而中波紫外及短波紫外(統稱深紫外)則在殺菌消毒、水凈化、生化探測、非視距通信等方面有著不可替代的作用。目前，傳統紫外光源主要是汞燈，具有體積大、功耗高、電壓高、污染環境等缺點，不利于其在日常生活及特殊環境下的應用。因此，人們迫切希望研制出一種高效的半導體紫外光源器件以替代傳統的汞燈。現有研究表明Ⅲ族氮化物中的AlGaN是制備半導體紫外光源器件的最佳候選材料。AlGaN基體紫外LED具有無毒環保、小巧便攜、低功耗、低電壓、易集成、壽命長、波長可調等諸多優勢，有望在未來幾年取得突破性進展以及廣泛應用，并逐步取代傳統紫外汞燈。

目前深紫外LED發光效率普遍不超過5％，如前所述，這是由于內量子效率低以及光提取效率低兩方面因素共同造成的。光提取效率低是由高Al組分AlGaN材料發光主要是從側面出射這個本質特性造成，而內量子效率低是因為高Al組分AlGaN材料晶體質量目前尚未達到理想水平，其位錯密度大多是在10⁹cm^-2量級。由于同質襯底的匱乏，III族氮化物材料通常是異質外延在藍寶石襯底上，為了降低AlGaN材料的位錯密度，提高其晶體質量，在生長AlGaN材料前需要首先在藍寶石上生長一層二元AlN材料。一方面，二元AlN材料不存在三元AlGaN材料中的組分偏析問題，在高溫下生長的AlN材料晶體質量更好；另一方面，AlGaN材料的晶格常數較AlN材料的大，AlGaN材料會受到來自于AlN材料的壓應力，這樣可以避免AlGaN材料外延過厚而開裂。目前受限于來自AlN底層的較大壓應力及較大的穿透位錯密度，AlGaN材料的位錯密度仍較大，仍存在AlGaN薄膜開裂的問題。故需要提出一種新的AlGaN薄膜制備方案用于解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種具有自組裝模板的AlGaN復合薄膜及其制備方法，用于解決現有技術中由于AlGaN材料的位錯密度較大而開裂的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了第一解決方案：提供一種具有自組裝模板的AlGaN復合薄膜，具有自組裝模板的AlGaN薄膜由下至上依次設置有藍寶石襯底、AlN低溫緩沖層、高溫AlN層、AlGaN自組裝模板層和高溫AlGaN薄膜層；AlGaN自組裝模板層由緊貼設置的AlInGaN薄膜層和AlGaN低溫層升溫退火至In升華后制得，且升溫退火前AlInGaN薄膜層位于靠近高溫AlN層一側，AlGaN低溫層位于靠近高溫AlGaN薄膜層一側。