[发明专利]一种氮化铝膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种氮化铝膜及其制备方法和应用，制备方法包括如下顺序的步骤：1)在衬底层上溅射出厚度为5～300nm的第一氮化铝层；2)控制生长设备的反应室温度为1400～1700℃，对所述第一氮化铝层进行高温退火处理，得到第一重排氮化铝层；其中，所述高温退火处理的时长为5～200min；3)控制所述反应室的温度降至1100～1350℃，通入三甲基铝和氨气，在所述第一重排氮化铝层上生成厚度为500～5000nm的第二氮化铝层；所述第一重排氮化铝层与所述第二氮化铝层的集合为所述氮化铝膜。该方法既能提高AlN薄膜晶体质量，又能减少AlN薄膜表面裂纹，从而有利于提升AlN器件的性能。

技术领域

本发明涉及技一种氮化铝膜及其制备方法和应用，属于发光二极管技术领域。

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。AlN晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，晶格常数AlN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AlN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。AlN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AlN以上优异的特性，AlN被广泛用于紫外探测器，高电子迁移率晶体管(HEMT)，紫外发光二极管(LED)。

虽然AlN具有诸多的优点，但是AlN材料却非常难以制备。制备AlN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AlN采用高温的沉积设备，制备的AlN晶体质量还不够好，且由于AlN晶格常数和蓝宝石衬底晶格常数差别较大，具有较大的晶格失配度，从而导致AlN表面非常容易出现裂纹。同时由于Al原子在表面的迁移速率较低，AlN要合并成完整的薄膜晶体非常困难，所以高质量无裂纹的AlN薄膜材料难以获得，故AlN材料的应用受到了非常大的限制。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种氮化铝膜及其制备方法和应用，该方法既能提高AlN薄膜晶体质量，又能减少AlN薄膜表面裂纹，可以获得低位错密度，高晶格质量且无裂纹的AlN薄膜材料，从而有利于提升AlN器件的性能。

本发明提供一种氮化铝膜的制备方法，包括如下顺序的步骤：

1)在衬底层上溅射出厚度为5～300nm的第一氮化铝层；

2)控制生长设备的反应室温度为1400～1700℃，对所述第一氮化铝层进行高温退火处理，得到第一重排氮化铝层；其中，所述高温退火处理的时长为5～200分钟；

3)控制所述反应室的温度降至1100～1350℃，通入三甲基铝和氨气，在所述第一重排氮化铝层上生成厚度为500～5000nm的第二氮化铝层；

所述第一重排氮化铝层与所述第二氮化铝层的集合为所述氮化铝膜。

如上所述的氮化铝膜的制备方法，其中，所述溅射的功率为1～10KW，所述溅射的时间为10s～20min。

如上所述的氮化铝膜的制备方法，其中，在步骤1)中通入氧气和氮气；

所述氧气的流量为1～10mL/min，所述氮气的流量为100～300mL/min。

如上所述的氮化铝膜的制备方法，其中，所述高温退火处理的退火气氛为氮气。

如上所述的氮化铝膜的制备方法，其中，步骤3)中，控制所述反应室的压力为20～100mbar。

如上所述的氮化铝膜的制备方法，其中，步骤3)中，控制所述第二氮化铝层的生长速度为0.5～3μm/h，生长时间为10～180min。