一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法，包括从下至上依次设置的M面蓝宝石衬底层、非极性ZnO薄膜层、Ag纳米粒子层、非极性P‑AlN薄膜层、重掺杂非极性P‑AlN薄膜层、Pt纳米粒子层，本发明专利技术使用Ag纳米粒子作为掩膜，促进横向过生长，提高P‑AlN薄膜的质量，Ag纳米粒子具有局域表面离子体增强效应，可以大幅度提高P‑AlN的光效，相对现有技术提高至少8‑12倍；在P型非极性AlN薄膜表面使用Pt纳米粒子对P‑AlN进行二次增强，抑制缺陷发光；Pt纳米粒子与界面处的Ag纳米粒子形成二次反射镜面，可以在较大程度上提高薄膜的光提取效率；另外通过使用Mg、F共掺杂进一步提高P‑AlN薄膜的掺杂浓度和空穴浓度，提高器件的性能，其中空穴浓度相对现有技术提高至少3个数量级。

【技术实现步骤摘要】
一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种AlN薄膜
，尤其是一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法。
技术介绍
AlN是Ⅲ-V族化合物，一般以六方晶系中的纤锌矿结构存在，有许多优异的性能，如高的热传导性、低的热膨胀系数、高的电绝缘性质、高的介质击穿强度、优异的机械强度、优异的化学稳定性和低毒害性、良好的光学性能等。由于AlN有诸多优异性能，带隙宽、极化强，禁带宽度为6.2eV，使其在机械、微电子、光学，以及电子元器件、声表面波器件制造、高频宽带通信和功率半导体器件等领域有着广阔的应用前景。目前，AlN的应用主要体现在以下几个方面：压电材料、外延缓冲层材料、发光层材料、医疗材料。一方面，由于AlN材料具有电子漂移饱和速率高、热导率高、介质击穿强度高等优异特性，其在高频、高温、高压电子器件领域有着巨大的潜力，而纤锌矿结构的AlN薄膜具有高速率声波学的压电特性，其表面声学在已知压电材料中最高，并具有较大的机电耦合系数，因此AlN是用于制备高频表面波器件的优选材料。另一方面，由于AlN具有高热导、低热膨胀以及较宽带隙的优点，而且与GaN晶格有较好的匹配，用AlN作为缓冲层可以有效提高GaN、InN外延薄膜的晶体质量，明显改善其电学与光学性能。另外，AlN可以作为蓝光紫外光的发光材料，紫外光在杀菌、医疗、检测、植物生长、报警等领域具有非常广泛的应用前景，如果进行掺杂或者制作复合膜，发光光谱将覆盖整个可见光区域，但是该材料掺杂困难，并且掺杂之后，AlN的晶体质量变差，光学性能很差。AlN薄膜必须具有较高的结晶质量，才能满足以上多方面的应用。目前常用于制备AlN薄膜的方法有化学气相沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及分子束外延法等。然而，绝大多数的制备方法要求将衬底加热到较高的温度，但较高的温度可能会导致衬底材料的损伤，这是AlN薄膜制备的一大难题。并且，要达到生长高质量AlN晶体的要求，则需要复杂的设备仪器，造价昂贵，且单个薄膜的生长速度较慢，单个样品的成本过高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高光效P型非极性AlN薄膜及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种高光效P型非极性AlN薄膜，包括M面蓝宝石衬底层、非极性ZnO薄膜层、Ag纳米粒子层、非极性P-AlN薄膜层、P-AlN盖帽层、Pt纳米粒子层，所述的M面蓝宝石衬底层上生长有非极性ZnO薄膜层，所述的非极性ZnO薄膜层上端生长有Ag纳米粒子层，所述的Ag纳米粒子层上端生长有非极性P-ALN薄膜层，所述的非极性P-AlN薄膜层上端设置有P-AlN盖帽层，所述P-AlN盖帽层上端溅射有Pt纳米粒子层，其中，所述的P-AlN盖帽层采用Mg、F共掺杂得到。优选的，所述的非极性ZnO薄膜层的厚度为30-200nm。优选的，所述的Ag纳米粒子层是厚度为8-12nm。优选的，所述的非极性P-AlN薄膜层的厚度为300-800nm。优选的，所述的P-AlN盖帽层的厚度为20-50nm。优选的，所述Pt纳米粒子层的Pt纳米粒子的直径为2-30nm。本专利技术还提供一种高光效P型非极性AlN薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：S1)、在M面蓝宝石衬底层上使用PECVD生长30-200nm的非极性ZnO薄膜层；S2)、然后在非极性ZnO薄膜层上外延一层厚度为8-12nm的Ag膜，然后在850℃快速退火1-2min，得到Ag纳米粒子层；S3)、将上述转移至MOCVD中生长非极性P-AlN薄膜层，然后采用Mg、F共掺杂非极性P-AlN薄膜层，得到P-AlN盖帽层；S4)、重掺杂生长结束后，溅射8-15nm的Pt膜，在750-950℃下，快速退火30-100s，得到直径为2-30nm的Pt纳米粒子层，从而得到高光效P型非极性AlN薄膜。本专利技术的有益效果为：1、使用Ag纳米粒子作为掩膜，促进横向过生长，诱导位错湮灭，提高P-AlN薄膜的质量，同时，Ag纳米粒子具有局域表面等离子体增强效应，可以大幅度提高P-AlN的光效，相对现有技术提高至少8-12倍；2、在P型非极性AlN薄膜表面使用Pt纳米粒子对P-AlN进行二次增强，抑制缺陷发光；同时，Pt纳米粒子与界面处的Ag纳米粒子形成二次反射镜面，可以在较大程度上提高薄膜的光提取效率；3、通过使用Mg、F共掺杂进一步提高P-AlN薄膜的掺杂浓度和空穴浓度，提高器件的性能，其中空穴浓度相对现有技术提高至少3个数量级；4、通过Ag、Pt纳米粒子有利于降低P-AlN薄膜的电阻和接触电阻，提高空穴的注入效率；同时降低Mg受主激活能。附图说明图1为本专利技术高光效P型非极性AlN薄膜的结构示意图。图中，1-M面蓝宝石衬底层，2-非极性ZnO薄膜层，3-Ag纳米粒子层，4-非极性P-AlN薄膜层，5-P-AlN盖帽层，6-Pt纳米粒子层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：如图1所示，一种高光效P型非极性AlN薄膜，包括从下至上依次设置的M面蓝宝石衬底层1、非极性ZnO薄膜层2、Ag纳米粒子层3、非极性P-AlN薄膜层4、P-AlN盖帽层5、Pt纳米粒子层6，其中，所述的P-AlN盖帽层5采用Mg、F共掺杂得到。优选的，所述的非极性ZnO薄膜层的厚度为30-200nm。优选的，所述的Ag纳米粒子层是厚度为8-12nm。优选的，所述的非极性P-AlN薄膜层的厚度为300-800nm。优选的，所述的P-AlN盖帽层的厚度为20-50nm。优选的，所述的Pt纳米粒子的直径为2-30nm。本专利技术还提供一种高光效P型非极性AlN薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：S1)、在M面蓝宝石衬底层1上使用PECVD生长30-200nm的非极性ZnO薄膜层2；S2)、然后在非极性ZnO薄膜层2上外延一层厚度为8-12nm的Ag膜，然后在850℃快速退火1-2min，得到Ag纳米粒子层3；S3)、将上述材料转移至MOCVD中，在900℃生产条件下，生长非极性P-AlN薄膜层4，所述的非极性P-AlN薄膜层4的厚度为300-800nm，然后采用Mg、F共掺杂非极性P-AlN薄膜层4，得到P-AlN盖帽层5，所述的P-AlN盖帽层5的厚度为20-50nm；S4)、重掺杂生长结束后，溅射8-15nm的Pt膜，在800℃快速退火30-100s，得到直径为2-30nm的Pt纳米粒子层6，从而得到高光效P型非极性AlN薄膜。上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理和最佳实施例，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高光效P型非极性AlN薄膜，包括M面蓝宝石衬底层、非极性ZnO薄膜层、Ag纳米粒子层、非极性P‑AlN薄膜层、P‑AlN盖帽层、Pt纳米粒子层，所述的M面蓝宝石衬底层上生长有非极性ZnO薄膜层，所述的非极性ZnO薄膜层上端生长有Ag纳米粒子层，所述的Ag纳米粒子层上端生长有非极性P‑AlN薄膜层，所述的非极性P‑AlN薄膜层上端设置有P‑AlN盖帽层，所述P‑AlN盖帽层上端溅射有Pt纳米粒子层，其中，所述的P‑AlN盖帽层采用Mg、F共掺杂得到。

【技术特征摘要】
1.一种高光效P型非极性AlN薄膜，包括M面蓝宝石衬底层、非极性ZnO薄膜层、Ag纳米粒子层、非极性P-AlN薄膜层、P-AlN盖帽层、Pt纳米粒子层，所述的M面蓝宝石衬底层上生长有非极性ZnO薄膜层，所述的非极性ZnO薄膜层上端生长有Ag纳米粒子层，所述的Ag纳米粒子层上端生长有非极性P-AlN薄膜层，所述的非极性P-AlN薄膜层上端设置有P-AlN盖帽层，所述P-AlN盖帽层上端溅射有Pt纳米粒子层，其中，所述的P-AlN盖帽层采用Mg、F共掺杂得到。2.根据权利要求1所述的一种高光效P型非极性AlN薄膜，其特征在于：所述的非极性ZnO薄膜层的厚度为30-200nm。3.根据权利要求1所述的一种高光效P型非极性AlN薄膜，其特征在于：所述的Ag纳米粒子层的厚度为8-12nm。4.根据权利要求1所述的一种高光效P型非极性AlN薄膜，其特征在于：所述非极性P-AlN薄膜层的厚度为300-800nm。5.根据权利要求1所述的一种高光效P型非极性AlN薄膜，其特征在于：所述P-AlN盖帽层的厚度为20-50nm。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，何鑫，刘均炎，沈耿哲，蓝秋明，杨成燕，吴健豪，刘俊杰，刘铭全，段峰，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44