[發明專利]一種無裂紋AlN外延膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202111129485.0
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113897676A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 張駿;張毅;陳云;岳金順
• 申請（專利權）人: 蘇州紫燦科技有限公司
• 主分類號: C30B29/40
• 分類號: C30B29/40;C30B25/04;C30B25/06;C30B25/18;C30B28/14;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: 柏琳容

本發明公開了一種無裂紋AlN外延膜及其制備方法，該方法的步驟包括：在藍寶石襯底上外延生長AlN緩沖層；在AlN緩沖層上外延生長AlN一次外延層；對AlN一次外延層遠離藍寶石襯底一側進行圖形化處理；在AlN一次外延層進行圖形化處理的一側外延生長高溫AlN層，得到無裂紋AlN外延膜；AlN一次外延層由第一AlN層和第二AlN層交替生長形成，第一AlN層的生長溫度大于第二AlN層的生長溫度，第一AlN層的V/III比小于第二AlN層的V/III比。本發明通過在AlN緩沖層和高溫AlN層之間引入AlN一次外延層，并對AlN一次外延層進行圖形化處理，不僅使高溫AlN層的均勻性顯著提高，還能夠很好地釋放生長過程中積累的熱應力，防止AlN薄膜開裂。

技術領域

本發明涉及半導體光電領域，特別是一種無裂紋AlN外延膜及其制備方法。

背景技術

近年來，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、中波紫外、短波紫外以及真空紫外。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。

目前深紫外LED發光效率普遍不超過5％，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。因此，改善AlN外延層的晶體質量是提高深紫外LED發光效率的前提。

AlN材料由于同質襯底的缺失，通常采用藍寶石作為AlN生長的襯底。然后AlN和藍寶石直接存在很大的晶格失配和熱失配，在升溫生長過程中，AlN薄膜很容易出現表面開裂的問題，并同時保證AlN薄膜具有較好的均勻性，因此需要提出一種有效的AlN外延膜生長方法用于解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供了一種無裂紋AlN外延膜及其制備方法，用于解決現有技術中難以同時解決AlN薄膜表面開裂和AlN薄膜均勻性的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了第一解決方案為：一種無裂紋AlN外延膜的制備方法，其步驟包括：在藍寶石襯底上外延生長AlN緩沖層；在AlN緩沖層上外延生長AlN一次外延層；對AlN一次外延層遠離藍寶石襯底一側進行圖形化處理；在AlN一次外延層進行圖形化處理的一側外延生長高溫AlN層，得到無裂紋AlN外延膜；AlN一次外延層由第一AlN層和第二AlN層交替生長形成，第一AlN層的生長溫度大于第二AlN層的生長溫度，第一AlN層的V/III比小于第二AlN層的V/III比。

優選的，第一AlN層的生長條件為：生長溫度為800～1400℃，氨氣流量為0.1～1000sccm。

優選的，第一AlN層的厚度為5～500nm。

優選的，第二AlN層的生長條件為：生長溫度為600～1000℃，氨氣流量為1000～50000sccm。

優選的，第二AlN層的厚度為1～50nm。

優選的，AlN一次外延層中，第一AlN層和第二AlN層的交替周期數為1～100。