生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AlN薄膜制造技术

本实用新型专利技术涉及一种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AlN薄膜，包括Al2O3衬底及其(0001)面往(10-10)面方向偏0.2°依次外延生长的AlN形核层和AlN薄膜。本实用新型专利技术的AlN薄膜成本低、质量优、均匀性高，应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AlN薄膜，包括Al2O3衬底及其(0001)面往(10-10)面方向偏0.2°依次外延生长的AlN形核层和AlN薄膜。本技术的AlN薄膜成本低、质量优、均匀性高，应用广泛。【专利说明】
本技术涉及一种A1N薄膜，尤其是涉及一种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性 A1N薄膜。 生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AIN薄膜
技术介绍
与传统光源相比，发光二极管（LED)具有耗电量低、寿命长、亮度高、体积小，适应 性和可控性强等突出特点，是一种新型固体照明光源和绿色光源，在室内外照明及装饰工 程等领域具有广泛的应用。在石化能源越来越枯竭、全球气候变暖问题越来越严峻的时代 背景下，节能减排成为了全球共同面对的重要课题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低 碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，经过40多年研发攻关及开发应用，全球 性的半导体照明产业已经逐渐形成。LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一 种新型的绿色光源产品，将成为新一代主流照明产品。21世纪将是以LED为代表的新型照 明光源的时代，但是现阶段LED的发光效率低，成本造价高，大大限制LED向高效节能环保 的方向发展。 作为蓝光、紫外光LED的材料之一，III-族氮化物A1N以其在电学、光学以及声学 上具有优异的性质，受到广泛关注。A1N是直接带隙宽禁带半导体材料，具有高的击穿场强、 高热导率、高电阻率、高化学和热稳定性以及良好的光学及力学性能等优点，其单晶薄膜在 器件制作及封装等领域都已经得到应用。由于A1N与GaN晶格失配小（小于1% )，可以任意 组分互溶形成连续固溶度的固溶体，以此为基础可研制具有更优异性能的GaN/GaxAll-xN 异质结，所以A1N薄膜也是常用作异质外延GaN薄膜的缓冲层，高质量高均匀性的A1N薄膜 也是优质GaN薄膜及LED器件制作的基础和保证。 要降低LED的造价成本，使LED要真正实现大规模广泛应用，首先需要进一步提高 A1N薄膜的均匀性。A1N薄膜的均匀性不仅影响到整个器件的光学特性，而且对薄膜的利 用率、LED的成品率和成本有非常重要的影响。在各种A1N薄膜制备技术中，脉冲激光沉积 (Pulsed Laser Deposition, PLD)技术以其操作方便、沉积效果好以及可以在多种衬底上 制备等优势而得到重视，特别在军工领域得到广泛应用。但是由于激光产生的等离子体羽 的区域很小，很难制备出高均匀性的A1N薄膜，成为脉冲激光沉积的限制条件之一。因此迫 切需要寻找一种调试薄膜厚度均匀性的方法应用于外延生长A1N薄膜。
技术实现思路
本技术提供了一种低成本、质量优、均匀性高的一种生长在蓝宝石衬底上的 高均匀性A1N薄膜。 为解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下： -种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性A1N薄膜，包括A1203衬底及其（0001)面往 (10-10)面方向偏0. 2°依次外延生长的A1N形核层和A1N薄膜；所述A1N形核层的厚度为 5-10nm ;所述A1N薄膜的厚度为150_250nm。 采用A1203衬底以（0001)面往（10-10)面方向偏0.2°作为外延方向，晶体外 延取向关系为：A1N 的（0001)面平行于 A1203 的（0001)面，即 A1N(0001)//A1203(0001)。 Al203方向具有与A1N相同的六方对称性（有30°旋转），A120 3的生长工艺成熟，价 格低廉。 本技术中，优选的方案为所述A1N形核层以及A1N薄膜的厚度的不均匀性为 1-3%。 本技术的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性A1N薄膜，用于制备氮化物器件光 电器件；或者用于制备SOI材料的绝缘埋层，或者用于制备声表面波器件用压电薄膜。 与现有技术相比，本技术的优点是： (1)本技术使用A1203作为衬底，A120 3衬底容易获得，价格便宜，有利于降低 生产成本。 (2)本技术使用A1203作为衬底，通过等离子体辅助氮化过程可以较容易在其 表面形成均匀的A1N形核层，为下一步沉积高质量高均匀性的A1N薄膜做铺垫。 (3)本技术的A1N薄膜，薄膜均匀度高，可大幅度提高氮化物器件如半导体激 光器、LED及太阳能电池的光学性能，提高薄膜的利用率和器件的成品率，降低器件成本。 下面结合附图【具体实施方式】对本技术作进一步详细说明。 附图 图1为实施例1的A1N薄膜的结构示意图。 图2为实施例1的A1N薄膜表面厚度测试的取点示意图。 图3为实施例1的A1N薄膜的厚度分布图。 【具体实施方式】 实施例1 结合图1-3。一种生长在蓝宝石衬底上的A1N薄膜（见附图1)，包括生长在A120 3 衬底（11)及其（0001)面往（10-10)面方向偏〇. 2°作为晶体外延生上的A1N形核层（12)， 生长在A1N形核层（12)上的A1N薄膜（13)。所述A1N形核层（12)的厚度为6nm，所述A1N 薄膜（13)的厚度为220nm，不均匀性为2. 69%。 本实施例的生长在蓝宝石衬底上的A1N薄膜的制备方法，由以下步骤制得： a.将A1203衬底进行清洁、退火处理；所述退火的具体过程为：将衬底放入退火室 内，在850°C下氮气氛围中对A1 203衬底进行退火处理1小时；所述清洗，具体为：将A1203衬 底放入去离子水中室温下超声清洗3分钟，去除A1 203衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、 丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。 b.将经过a步骤处理的A1203衬底在其（0001)面往（10-10)面方向偏0. 2°作为 晶体外延生长方向，外延一层A1N形核层，外延生长A1N形核层具体为：在A1203衬底温度为 850°C，生长室的压力为4mTorr、RF功率为500W、衬底转速为5rad/s的条件下对A1 203衬底 进行射频等离子体辅助氮化处理60分钟，形成一层6nm厚的A1N形核层； c.采用脉冲激光沉积工艺在经过b步骤生长出的A1N形核层上外延生长一层A1N 薄膜； 所述A1N薄膜的外延生长：采用脉冲激光沉积（PLD)工艺，将衬底保持在750°C， 反应室的压力控制在4mTorr，RF功率为500W，以248nm KrF气体准分子激光为光源，以固 态A1N作为靶材，以纯度99. 99999%的氮气为环境气体和反应气体（以保证化学计量的 薄膜沉积所需的压力和氮源）。为了得到均匀的A1N薄膜，将衬底转速为lOrad/s，靶材转 速为10rad/s，光栅（Raster)的扫描参数如下表设置：扫描位置为0-2500时，扫描速度为 80rad/s ;扫描位置为2500-4500时，扫描速度为65rad/s ;扫描位置为4500-6500时，扫描 速度为50rad/s ;扫描位置为6500-8000时，扫描速度为35rad/s ;扫描位置为8000-9500 时，扫描速度为20rad/s ;扫描位置为9500-8000时，扫描速度为20rad/s ;扫描位置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性AlN薄膜，其特征在于：包括Al2O3衬底及其(0001)面往(10‑10)面方向偏0.2°依次外延生长的AlN形核层和AlN薄膜；所述AlN形核层的厚度为5‑10nm；所述AlN薄膜的厚度为150‑250nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：广州市众拓光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44