一种高质量AlN薄膜及其制作方法和应用与流程

本发明属于半导体，特别涉及一种高质量aln薄膜及其制作方法和应用。

背景技术：

1、aln（氮化铝）材料是直接带隙半导体材料，其禁带宽度为6.2 ev，带间跃迁发射波长可进入深紫外波段，是紫外/深紫外光电器件理想材料。

2、目前主要是在蓝宝石、sic或si衬底上直接生长aln材料，但是aln与异质衬底存在晶格失配与热失配等一系列问题，aln的生长较为困难，通常会面临着生长速率慢、晶体质量差的问题，虽然sic与aln之间的晶格失配与热失配很小，且化学性质稳定以及导电导热性能优异，是aln薄膜生长的理想异质衬底材料，但由于sic的价格昂贵，器件制备成本高，不适于商业化的大规模生产，硅衬底的晶格常数大于aln，在生长过程中会对aln施加张应力，且硅衬底的热力学膨胀系数小于aln，在降温过程中aln收缩速率大于硅衬底，硅衬底依然对aln施加张应力，从而导致硅衬底上一般情况下只能生长200nm~300nm厚度的aln薄膜。

3、因此，现有技术有待改进和发展。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供了一种高质量aln薄膜及其制作方法和应用，减缓了aln薄膜所受的张应力，使aln薄膜的横向外延生长能够促使位错线闭合，减小aln薄膜的位错密度，提升aln薄膜的质量和厚度。

2、第一方面，本申请提供一种高质量aln薄膜制作方法，所述方法包括步骤：

3、a1.在蓝宝石衬底的底面，以第一温度和第一压力生长第一厚度的第一gan层；

4、a2.在所述蓝宝石衬底的顶面，以第四压力沉积第二厚度的aln缓冲层，其中，所述蓝宝石衬底的底面和顶面均能透光；

5、a3.在所述aln缓冲层的上方，以第二温度和第二压力生长第三厚度的gan插入层，且所述第一厚度大于所述第三厚度；

6、a4.对所述gan插入层进行图形化处理得到第二gan层；

7、a5.在所述第二gan层的上方，以第三温度和第三压力生长aln薄膜，且所述第一温度高于所述第二温度，第三温度高于第一温度，所述第一压力大于所述第二压力，第二压力大于所述第三压力，第三压力大于所述第四压力；

8、a6.在所述aln薄膜上蒸镀第一金属层，并在柔性衬底上蒸镀第二金属层，将所述第一金属层和所述第二金属层进行键合形成键合层；

9、a7. 通过激光剥离所述第二gan层，并对所述键合层进行湿法腐蚀剥离处理，以得到所述aln薄膜。

10、通过上述设置，减缓了aln薄膜所受的张应力，使aln薄膜的横向外延生长能够促使位错线闭合，减小aln薄膜的位错密度，提升aln薄膜的质量，且制得的aln薄膜的厚度可高达1000nm~1500nm。

11、进一步地，步骤a1包括：

12、采用mocvd方法，在所述蓝宝石衬底的底面，以所述第一温度和所述第一压力生长所述第一厚度的所述第一gan层。

13、进一步地，步骤a2包括：

14、基于pvd方法，在所述蓝宝石衬底的顶面，以第四压力沉积第二厚度的aln缓冲层。

15、进一步地，所述第一厚度为3000nm~4000nm。

16、进一步地，所述第二厚度为20nm~70nm。

17、进一步地，所述第三厚度为2000nm~3000nm。

18、进一步地，所述第一温度范围为1000℃~1150℃，所述第二温度范围为1000℃~1050℃，第三温度范围为1150℃~1300℃。

19、通过设置合适的温度范围，分别满足第一gan层、第二gan层和aln缓冲层的生长条件。

20、进一步地，所述第一压力范围为300torr~500torr，所述第二压力范围为200torr~400torr，所述第三压力范围为40torr~60torr，所述第四压力范围为2×10-7torr ~1×10-6torr。

21、通过设置合适的温度范围，分别满足第一gan层、第二gan层、aln缓冲层和aln薄膜的生长条件。

22、第二方面，本申请提供一种高质量aln薄膜，所述高质量aln薄膜通过前文所述的高质量aln薄膜制作方法制备得到。

23、第三方面，本申请提供一种高质量aln薄膜在led或滤波器中的应用。

24、由上可知，本发明提供的高质量aln薄膜及其制作方法和应用，本申请通过在蓝宝石衬底的底面生长第一gan层，能够有效缓解aln薄膜所受第二gan层施加的张应力；同时由于第一gan层的厚度大于第二gan层的厚度，可以视为蓝宝石衬底的晶格常数在一定程度上减小，也减缓了aln薄膜所受的总张应力，随后，通过对第二gan层进行图形化处理后，再生长aln薄膜，使aln薄膜的横向外延生长能够促使位错线闭合，减小aln薄膜的位错密度，提升aln薄膜的质量和厚度，利用本申请高质量aln薄膜制作方法制得的aln薄膜的厚度可高达1000nm~1500nm；最后，通过键合方式将aln薄膜转移至柔性衬底上，通过激光剥离第二gan层，并通过湿法腐蚀剥离键合层，以得到剥离后的高质量aln薄膜。

25、本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，步骤a1包括：

3.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，步骤a2包括：

4.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述第一厚度为3000nm~4000nm。

5.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述第二厚度为20nm~70nm。

6.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述第三厚度为2000nm~3000nm。

7.根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述第一温度范围为1000℃~1150℃，所述第二温度范围为1000℃~1050℃，第三温度范围为1150℃~1300℃。

8. 根据权利要求1所述的高质量aln薄膜制作方法，其特征在于，所述第一压力范围为300torr~500torr，所述第二压力范围为200torr ~400torr，所述第三压力范围为40torr~60torr，所述第四压力范围为2×10-7torr ~1×10-6torr。

9.一种高质量aln薄膜，其特征在于，所述高质量aln薄膜通过权利要求1-8任一项所述的高质量aln薄膜制作方法制备得到。

10.权利要求9所述的高质量aln薄膜在led或滤波器中的应用。

技术总结
本申请公开了一种高质量AlN薄膜及其制作方法和应用，属于半导体技术领域，本申请通过在蓝宝石衬底的底面生长第一GaN层，能够有效缓解AlN薄膜所受第二GaN层施加的张应力；同时由于第一GaN层的厚度大于第二GaN层的厚度，可以视为蓝宝石衬底的晶格常数在一定程度上减小，也减缓了AlN薄膜所受的总张应力，随后，通过对第二GaN层进行图形化处理后，再生长AlN薄膜，使AlN薄膜的横向外延生长能够促使位错线闭合，减小AlN薄膜的位错密度，提升AlN薄膜的质量，利用本申请高质量AlN薄膜制作方法制得的AlN薄膜的厚度可高达1000nm~1500nm。

技术研发人员：李国强,衣新燕,罗添友
受保护的技术使用者：广州市艾佛光通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29