一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底制造技术

本发明专利技术提出一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其包括蓝宝石衬底以及沉积于所述蓝宝石衬底上的AlN复合结构，所述AlN复合结构包括沉积于蓝宝石衬底上的第一AlN层、沉积于所述第一AlN层上的Al2O3层以及沉积于所述Al2O3层上的第二AlN层，所述AlN复合结构的制备方法为蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合，不仅可以提高GaN材料质量，降低缺陷密度，而且可以提高外延生产效率，实用性强。

A Sapphire Composite Substrate with AlN Composite Structure

The invention provides a sapphire composite substrate containing an AlN composite structure, which comprises a sapphire substrate and an AlN composite structure deposited on the sapphire substrate. The AlN composite structure comprises a first AlN layer deposited on the sapphire substrate, an Al2O3 layer deposited on the first AlN layer and a second AlN layer deposited on the first Al2O3 layer, and the preparation method of the AlN composite structure. The method is one or more combinations of evaporation, sputtering and atomic layer deposition. It can not only improve the quality of GaN material and reduce the defect density, but also improve the epitaxy production efficiency and has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底
本专利技术属于GaN基LED生产领域，具体涉及一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底。
技术介绍
由于GaN基LED相比于传统光源具有明显优势，现已成功用于通用照明、交通信号指示、显示屏和背光源等领域。在GaN基LED的外延生产中主要采用两种技术，衬底技术和外延生长技术，其中衬底技术是关键。蓝宝石衬底是目前大规模生产中规模最大、经济效益最好的衬底材料，但蓝宝石衬底与GaN材料晶格失配大，导致材料缺陷密度高。为了降低位错密度，各种复合衬底应运而生。中国专利CN102637791A提出一种基于AlN陶瓷衬底的GaN外延片结构及制备方法，包括AlN陶瓷衬底及生长于AlN陶瓷衬底上的缓冲层，所述缓冲层上生长有GaNLED结构层。该专利技术采用AlN陶瓷衬底，并在AlN陶瓷衬底上设置缓冲层，通过生长缓冲层后在AlN陶瓷衬底上通过MOCVD常规工艺制备得到GaNLED结构层，工艺步骤简单方便，能大大提高GaNLED晶体质量，但由于高质量的AlN陶瓷衬底难以制备，很难用于大规模生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有蓝宝石图形衬底技术存在的不足，提出一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，本专利技术的衬底能够提高材料质量，降低位错密度，实用性强。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，其包括蓝宝石衬底以及沉积于所述蓝宝石衬底上的AlN复合结构，所述AlN复合结构包括沉积于蓝宝石衬底上的第一AlN层、沉积于所述第一AlN层上的Al2O3层以及沉积于所述Al2O3层上的第二AlN层，且所述的AlN复合结构的制备方法为蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合。进一步地，所述蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。进一步地，所述第一AlN层的厚度为h1，0＜h1＜200nm。进一步地，所述Al2O3层的厚度为h2，0＜h2＜100nm。进一步地，所述第二AlN层的厚度为h3，0＜h3＜200nm。进一步地，该复合衬底通过如下的步骤制成：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用溅射方法制备第一AlN层，厚度为30-80nm，具体生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率1-2.5KW，溅射压力4-6mTorr；(2)在完成步骤(1)并具有第一AlN层的蓝宝石图形衬底上，采用蒸发的方法制备Al2O3层，厚度为10-40nm，具体生长参数为：衬底温度100-300℃，蒸发电压6-8KV，蒸发束流50-150mA，蒸发压力4E-3～8E-3Pa。(3)在完成步骤(2)并具有第一AlN层和Al2O3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备第二AlN层，厚度为60-100nm，具体的生成参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率1.5-2.5KW，溅射压力4-8mTorr；(4)将具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行退火处理，具体参数为：退火温度400-600℃，退火时间为2-15min，退火气氛N2；(5)将完成退火处理并具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行清洗处理后，即得到所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底。进一步地，该复合衬底优选通过如下的步骤制成：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用溅射方法制备第一AlN层，厚度为60nm，具体生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率1.5KW，溅射压力5mTorr；(2)在完成步骤(1)并具有第一AlN层的蓝宝石图形衬底上，采用蒸发的方法制备Al2O3层，厚度为30nm，具体生长参数为：衬底温度200℃，蒸发电压7.5KV，蒸发束流100mA，蒸发压力6E-3Pa；(3)在完成步骤(2)并具有第一AlN层和Al2O3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备第二AlN层，厚度为80nm，具体生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率2KW，溅射压力4mTorr；(4)将具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行退火处理，具体参数为：退火温度500℃，退火时间为6min，退火气氛N2；(5)将完成退火处理并具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行清洗处理后，即得到所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底。本专利技术的有益效果如下：本专利技术在现有生产用蓝宝石衬底的基础上，通过采用AlN复合结构，与现有生产技术相结合，进一步提高材料质量，降低位错密度，实用性强。附图说明图1是本专利技术的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底示意图。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加清楚，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术提出一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，目的是与现有生产技术相结合，进一步提高材料质量，降低位错密度。该复合衬底包括蓝宝石衬底以及沉积于所述蓝宝石衬底上的AlN复合结构，所述AlN复合结构包括沉积于蓝宝石衬底上的第一AlN层、沉积于所述第一AlN层上的Al2O3层以及沉积于所述Al2O3层上的第二AlN层，且所述的AlN复合结构的制备方法为蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合。为了满足大规模生产要求，所述蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。为了提高材料质量，所述第一AlN层的厚度为h1，0＜h1＜200nm。为了降低蓝宝石衬底与GaN之间的晶格失配，所述Al2O3层的厚度为h2，0＜h2＜100nm。为了提高LED发光效率，所述第二AlN层的厚度为h3，0＜h3＜200nm。实施例1本实施例为以蓝宝石图形衬底作为生长衬底，采用溅射方法制备AlN层，采用蒸发方法制备Al2O3层，采用蒸发方法与溅射方法组合的生长方法制备AlN复合结构，具体制备方法如下：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用溅射方法制备第一AlN层，厚度为60nm，具体生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率1.5KW，溅射压力5mTorr；(2)在完成步骤(1)并具有第一AlN层的蓝宝石图形衬底上，采用蒸发的方法制备Al2O3层，厚度为30nm，具体生长参数为：衬底温度200℃，蒸发电压7.5KV，蒸发束流100mA，蒸发压力6E-3Pa；(3)在完成步骤(2)并具有第一AlN层和Al2O3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备第二AlN层，厚度为80nm，具体的生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率2KW，溅射压力4mTorr；(4)将具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行退火处理，具体参数为：退火温度500℃，退火时间为6min，退火气氛N2；(5)将完成退火处理并具有AlN复合结构的蓝宝石图形衬底进行清洗处理后，即得到含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底。实施例2本实施例为以蓝宝石图形衬底作为生长衬底，采用溅射方法制备AlN层，采用蒸发方法制备Al2O3层，采用蒸发方法与溅射方法组合的生长方法制备AlN复合结构，具体制备方法如下：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用溅射方法制备第一AlN层，厚度为30nm，具体生长参数为：金属Al为靶材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，其包括蓝宝石衬底以及沉积于所述蓝宝石衬底上的AlN复合结构，所述AlN复合结构包括沉积于蓝宝石衬底上的第一AlN层、沉积于所述第一AlN层上的Al2O3层以及沉积于所述Al2O3层上的第二AlN层，且所述的AlN复合结构的制备方法为蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合。

【技术特征摘要】
1.一种含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，其包括蓝宝石衬底以及沉积于所述蓝宝石衬底上的AlN复合结构，所述AlN复合结构包括沉积于蓝宝石衬底上的第一AlN层、沉积于所述第一AlN层上的Al2O3层以及沉积于所述Al2O3层上的第二AlN层，且所述的AlN复合结构的制备方法为蒸发、溅射、原子层沉积中的一种或多种组合。2.根据权利要求1所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述蓝宝石衬底为蓝宝石平面衬底或蓝宝石图形衬底。3.根据权利要求1所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述第一AlN层的厚度为h1，0＜h1＜200nm。4.根据权利要求1所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述Al2O3层的厚度为h2，0＜h2＜100nm。5.根据权利要求1所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述第二AlN层的厚度为h3，0＜h3＜200nm。6.根据权利要求1所述的含有AlN复合结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，该复合衬底通过如下的步骤制成：(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用溅射方法制备第一AlN层，厚度为30-80nm，具体生长参数为：金属Al为靶材，N2和Ar分别为反应气体和工作气体，溅射功率1-2.5KW，溅射压力4-6mTorr；(2)在完成步骤(1)并具有第一AlN层的蓝宝石图形衬底上，采用蒸发的方法制备Al2O3层，厚度为10-40nm，具体生长参数为：衬底温度100-300℃，蒸发电压6-8KV，蒸发束流50-150mA，蒸发压力4E-3～8E-3Pa。(3)在完成步骤(2)并具有第一AlN层和Al2O3层...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一军，程志渊，盛况，周强，孙颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33