[发明专利]具有氮化铝膜的紫外LED的外延结构及其生长方法

说明书

本发明提供一种具有氮化铝膜的紫外LED的外延结构及其生长方法。氮化铝膜的生长方法包括如下步骤：1)在衬底上生长金属层；2)对衬底进行退火处理，金属层形成金属球状物层；3)对衬底进行刻蚀处理，形成具有凹坑的衬底；4)温度升高至600～1200℃时，在反应室中通入三甲基铝和氨气，生长缓冲生长层；5)温度升高至1250～1450℃，进行第一生长模式和第二生长模式交替循环生长，生长成中间状态的氮化铝层；6)温度降低至1100～1250℃，对氮化铝层通入三甲基铝和氨气进行第三生长模式生长。采用该方法制得的氮化铝薄膜晶体质量好，并能减少氮化铝薄膜表面裂纹。

技术领域

本发明涉及氮化铝膜的生长方法技术，尤其涉及一种具有氮化铝膜的紫外LED的外延结构及其生长方法。

背景技术

氮化铝(AlN)属于第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度高，击穿电场高，热导率高，电子饱和速率高以及抗辐射能力高等优点。氮化铝晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，晶格常数氮化铝在III-V族不半导体材料中具有最大的直接带隙，约6.2eV，是重要的蓝光和紫外发光材料。其热导率高，电阻率高，击穿场强大，介电系数小，是优异的高温高频和大功率器件用电子材料。并且，沿c轴取向的氮化铝具有非常好的压电特性和声表面波高速传播性，是优异的声表面波器件用压电材料。氮化铝晶体与氮化镓晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数，是外延生长AlGaN光电器件的优选衬底材料。基于氮化铝以上优异的特性，氮化铝被广泛用于紫外探测器，HEMT，紫外发光二极管(LED)。其中，紫外LED杀菌的原理是利用LED产生的适当波长紫外线对细菌的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的分子键进行破坏，破坏原有细菌菌落并阻止细菌的复制繁殖，达到杀死细菌的目的。紫外杀菌技术利用高强度深紫外线照射，能够将各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，目前被广泛应用于民生、医疗以及生产制造行业。

虽然氮化铝具有诸多的优点，但是氮化铝材料却非常难以制备。制备氮化铝需要高温高压设备，以及精准的源流量控制系统。目前，商用气相沉积氮化铝采用高温的沉积设备。

但是，采用高温的沉积设备制备的氮化铝晶体质量还不好，且由于氮化铝晶格常数和衬底晶格常数差别较大，具有较大的晶格失配度，从而导致氮化铝表面容易出现裂纹。

发明内容

本发明提供一种具有氮化铝膜的紫外LED的外延结构及其生长方法，采用该方法制得的氮化铝薄膜晶体质量好，并能减少氮化铝薄膜表面裂纹。

本发明提供一种氮化铝膜的生长方法，包括如下步骤：

1)在衬底上生长金属层；

2)对衬底进行退火处理，所述金属层形成金属球状物层；

3)对衬底进行刻蚀处理，形成具有凹坑的衬底；

4)温度升高至600～1200℃时，在生长设备的反应室中通入三甲基铝和氨气，生长缓冲生长层；

5)温度升高至1250～1450℃，对所述缓冲生长层进行第一生长模式和第二生长模式交替循环生长，生长成中间状态的氮化铝层；

其中，所述第一生长模式和所述第二生长模式均通入三甲基铝和氨气，所述第一生长模式的第一生长速率小于所述第二生长模式的第二生长速率的生长速率；

6)温度降低至1100～1250℃，对所述中间状态的氮化铝层通入所述三甲基铝和所述氨气进行第三生长模式生长，生长成最终的氮化铝层。

进一步的，本发明提供的氮化铝膜的生长方法，步骤1)中，所述在衬底上生长金属层包括：在所述衬底上蒸镀金属，得到金属层，所述金属层的厚度小于或等于1000nm。

进一步的，本发明提供的氮化铝膜的生长方法，步骤2)中，所述退火处理的温度为300～1000℃，退火处理的时间小于或等于600s；