[发明专利]图形化氮化铝复合衬底、深紫外LED外延结构及制备方法

说明书

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种图形化氮化铝复合衬底、由该复合衬底制备的深紫外LED外延结构及该深紫外LED外延结构的制备方法。所述图形化氮化铝复合衬底由蓝宝石衬底、图形化氮化铝层组成，且图形化氮化铝层为表面压印有孔型图案的氮化铝层；所述深紫外LED外延结构结构从下到上依次由图形化氮化铝复合衬底、外延氮化铝层、n型AlGaN接触层、Al_xGa_1‑xN/Al_yGa_1‑yN多量子阱有源层、p型AlGaN层和p型GaN外延层。本发明通过匹配溅射氮化铝退火温度和纳米压印图形周期尺寸可以控制复合衬底上外延氮化铝的应力状态，制备几乎无应力的氮化铝薄膜，在此基础上的深紫外LED裂纹面积小、晶体质量高，因此良率高、光电性能优越。

技术领域

本发明涉及衬底制备和外延层生长技术领域，特别是涉及一种图形化氮化铝复合衬底、图形化氮化铝复合衬底制备的深紫外LED外延结构及该深紫外LED外延结构的制备方法。

背景技术

基于AlxGa1-xN的固态紫外发光二极管(UV-LED)具有易集成控制、无污染等特点，在汞灯的替换市场以及其他新兴市场有很大应用前景。AlGaN基深紫外LED制备方法是在较廉价的蓝宝石衬底上异质外延高质量的AlN单层，然后在AlN单层上依次外延n型AlGaN，AlGaN量子阱和p型AlGaN/GaN。

目前外延AlN的主流技术路线有3种，分别是平片成核2步生长法、溅射退火AlN模板(SAT)法和纳米图形化衬底(NPSS)方法。成核2步生长法和NPSS法由于生长过程中会产生和累积张应力，AlN层易出现裂纹，其中NPSS与成核2步生长法相比晶体质量更高，但是衬底成本也高；SAT法由于模板需要炉外高温处理，存在二次污染；因此在现有AlN外延技术路线上制备深紫外LED良率都较低。

发明内容

本发明要解决的另一个技术问题为克服现有技术制备的深紫外LED外延结构存在的良率和光功率低的问题，提供一种图形化氮化铝复合衬底、深紫外LED外延结构及制备方法。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种图形化氮化铝复合衬底，结构从下到上依次包括衬底、图形化氮化铝层，所述图形化氮化铝层为表面压印有不贯穿孔型图案的氮化铝层，所述孔型图案的开口尺寸为600-1600nm、压印深度为10-500nm，分布密度为2×10⁷-2×10⁸个/cm²。

作为上述图形化氮化铝复合衬底进一步的技术方案：

优选的，所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化铝衬底、硅衬底中的一种。

优选的，所述图形化氮化铝层在无孔型图案处的厚度为50-600nm。

为了解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为，一种图形化氮化铝复合衬底的制备方法，包括如下步骤：

S1、在衬底上通过PVD方法即物理气相沉积方法溅射氮化铝薄膜；

S2、将溅射有氮化铝薄膜的衬底在1500-1750℃的高温氮气炉中退火1-4小时；

S3、通过纳米压印技术在上述退火溅射氮化铝薄膜上制作纳米图形，制得图形化氮化铝复合衬底。

为了解决本发明的又一个技术问题，所采取的技术方案为，一种深紫外LED外延结构，结构从下到上依次由图形化氮化铝复合衬底、外延氮化铝层、n型AlGaN接触层、Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN多量子阱有源层、p型AlGaN层和p型GaN外延层，所述外延氮化铝层的厚度为3-4um，所述外延氮化铝层与图形化氮化铝复合衬底的图形化氮化铝层相连接，所述外延氮化铝层与图形化氮化铝层的连接面上孔型图案所在的位置处呈开口向下的内凹状。