用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底及制备方法，包括由下至上排列的蓝宝石衬底及含有多个纳米孔洞的AlN薄膜，其中纳米孔洞的直径为300nm

【技术实现步骤摘要】
用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底及制备方法，属于半导体材料


技术介绍

[0002]第三代半导体Ⅲ族氮化物的衬底主要为蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底、纳米级图形化蓝宝石衬底和AlN自支撑衬底。其中蓝宝石衬底是最常用的衬底，由于其价格低廉、制备工艺简单，曾经被广泛的应用于Ⅲ族氮化物GaN基蓝光LED的外延生长。
[0003]但由于蓝宝石衬底与GaN之间存在高达16.1%的晶格失配，所以异质外延生长在蓝宝石衬底上的GaN通常具有高密度的缺陷(如位错、堆垛层错和点缺陷等)，这些缺陷会形成非辐射复合的中心，严重限制LED光效，目前商业生产中使用量在逐渐下降。为解决该问题，研究者将蓝宝石表面刻蚀成为图形化蓝宝石衬底，使用图形化蓝宝石衬底可以触发Ⅲ族氮化物材料的侧向外延，可以有效降低外延材料的缺陷密度，目前已经广泛应用于GaN基LED的外延生长中。但是，图形化蓝宝石衬底需要较厚的外延合并厚度，并不适合用于含有较高Al组分的AlGaN半导体的外延生长，而使用纳米级图形化蓝宝石衬底和AlN自支撑衬底的成本高昂，不利于大规模商用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，以及提供该复合衬底的加工方法，降低外延生长III族氮化物半导体材料的缺陷密度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提供一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，包括由下至上排列的蓝宝石衬底及含有多个纳米孔洞的AlN薄膜，所述纳米孔洞的直径为300nm
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2μm，呈密堆积排列。
[0006]进一步的，所述纳米孔洞是由聚苯乙烯微球挥发后形成的空间，相邻纳米孔洞的距离为300nm
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2μm。
[0007]进一步的，所述AlN薄膜的厚度为纳米孔洞的直径的50%
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90%。
[0008]进一步的，所述AlN薄膜的厚度为纳米孔洞的直径的1
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5倍。
[0009]本专利技术还提供上述任一所述的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底的制备方法，包括如下步骤：使用气液界面组装法将聚苯乙烯微球铺展到气液界面上，利用水的表面张力使聚苯乙烯微球自组织形成单层的密堆积排列；将密堆积排列的聚苯乙烯微球转移到非蓝宝石衬底上，通过自上而下的氧等离子体刻蚀技术，控制聚苯乙烯微球的直径为300nm
‑
2μm，相邻聚苯乙烯微球的距离为300nm
‑
2μm，制备得到单层聚苯乙烯微球。
[0010]将制备得到的单层聚苯乙烯微球铺展至准备好的蓝宝石衬底上，形成聚苯乙烯微
球掩膜层。
[0011]通过磁控溅射技术将AlN溅射至铺有聚苯乙烯微球掩膜层的蓝宝石衬底表面形成AlN薄膜，控制AlN薄膜的厚度为纳米孔洞的直径的50%
‑
90%或1
‑
5倍。
[0012]通过高温热处理去除聚苯乙烯微球，形成纳米孔洞阵列。
[0013]进一步的，所述聚苯乙烯微球的直径为2μm
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2.5μm。
[0014]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提供的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，以聚苯乙烯纳米微球为掩膜层，制备含有纳米孔洞阵列的AlN复合衬底，可以替代价格昂贵的纳米级图形化蓝宝石衬底，用于外延生长III族氮化物，有效降低外延生长的III族氮化物半导体材料的缺陷密度。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例一提供的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底剖视图；图2是本专利技术实施例二提供的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底剖视图；图3是本专利技术实施例提供的多个纳米孔洞俯视图；图中：101、蓝宝石衬底，102、AlN薄膜，103、纳米孔洞，301、密堆积排列，302、聚苯乙烯微球。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0017]本专利技术设计一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，用于生长Ⅲ族氮化物，包括：蓝宝石衬底101、含有多个纳米孔洞103的AlN薄膜102。如图3所示，为本专利技术实施例提供的多个纳米孔洞的俯视图，其中，纳米孔洞阵列排列在蓝宝石衬底表面的单层聚苯乙烯微球在高温热处理挥发后留下的空间；AlN薄膜是通过磁控溅射技术在排列有聚苯乙烯微球的蓝宝石衬底上沉积AlN薄膜，经过高温热处理后的AlN薄膜。
[0018]本专利技术提供了一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底的制备方法，具体操作过程如下：首先准备好蓝宝石衬底101。随后采用气液界面组装法将聚苯乙烯微球302铺展到气液界面上，利用水的表面张力使聚苯乙烯微球302自组织形成单层的密堆积排列301。
[0019]随后直接将密堆积排列301的微球转移到硅片或其它非蓝宝石衬底上，结合自上而下的氧等离子体刻蚀技术，完成单层的聚苯乙烯微球302的制备。
[0020]可实施的，在制备过程中聚苯乙烯微球302的直径与相邻聚苯乙烯微球302的距离均可控。
[0021]将制备好的单层的聚苯乙烯微球302铺展至准备好的蓝宝石衬底101上，形成聚苯乙烯微球掩膜层。
[0022]对于表面铺有聚苯乙烯微球掩膜层的蓝宝石衬底101，通过磁控溅射技术将AlN溅射至衬底表面形成AlN薄膜102，由于磁控溅射技术的低温低损伤的特性，温度在50℃左右，聚苯乙烯微球掩膜层不会被熔化。
[0023]最后通过高温热处理去除聚苯乙烯微球，形成纳米孔洞103的阵列。由于AlN薄膜102呈岛状晶核结构，聚苯乙烯微球在300~400℃下挥发，不会损伤AlN薄膜102。
[0024]根据通过磁控溅射技术沉积在衬底表面的AlN薄膜厚度不同，具体实施过程中可形成两种结构。
[0025]本专利技术提供的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底及制备方法，综合考虑了制备成本、缺陷密度、外延生长材料质量因素的影响，将纳米孔洞作为AlN退火时主动释放应力和缺陷湮灭的窗口，通过主动释放应力以减弱缺陷产生的源动力，并在退火时促进晶体重构和位错湮灭，从而实现AlN复合衬底缺陷密度的显著降低，可以将外延生长的III族氮化物半导体材料的缺陷密度从10
10
/cm2降低至109/cm2以下。同时，聚苯乙烯微球在高温热处理挥发后形成纳米孔洞，巧妙地解决了光刻工艺难以实现纳米尺寸，以及制备成本较高的问题。
[0026]实施例一：如图1所示，为本实施例提供的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底剖视图，AlN薄膜102表面保留纳米孔洞103的阵列，纳米孔洞103的直径为300nm
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2μm，AlN薄膜102的厚度为纳米孔洞103直径的50%
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90%之间，相邻纳米孔洞103本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，其特征在于，包括由下至上排列的蓝宝石衬底及含有多个纳米孔洞的AlN薄膜，所述纳米孔洞的直径为300nm
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2μm，呈密堆积排列。2.根据权利要求1所述的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，其特征在于，所述纳米孔洞是由聚苯乙烯微球挥发后形成的空间，相邻纳米孔洞的距离为300nm
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2μm。3.根据权利要求1所述的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，其特征在于，所述AlN薄膜的厚度为纳米孔洞的直径的50%
‑
90%。4.根据权利要求1所述的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底，其特征在于，所述AlN薄膜的厚度为纳米孔洞的直径的1
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5倍。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种用于生长Ⅲ族氮化物的AlN复合衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使用气液界面组装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旻荟，赵见国，王海潮，田澄睿，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：