一种含有AlN三明治结构的蓝宝石复合衬底的制作方法

本发明属于gan基led生产领域，具体涉及一种含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底。

背景技术

gan基led相比于传统光源具有光电转换效率高、寿命长、损耗低、无污染等显著优势，现在已经广泛用于通用照明、交通信号指示、显示屏和背光源等领域。提高发光效率是大规模生产中的重要目标，提高gan材料晶体质量是提高发光效率的关键。gan材料的晶体质量主要取决于两个方面，一是衬底材料，二是外延生长技术，针对不同的衬底材料，必须采用与之对应的外延生长技术。目前的外延生产主要采用蓝宝石衬底，但由于gan材料与蓝宝石衬底之间晶格失配较大，大规模生产中主要采用两步生长工艺以减小材料应力。为进一步提高材料质量减小应力，中国专利cn105719946a公开了一种利用金属有机物化学气相沉积(mocvd)方法高速生长gan制作复合衬底制备方法，并通过在蓝宝石衬底上生长低温和高温gan薄膜交替层，对生长完毕的交替层进行高温热处理，随后通过高速外延生长较厚gan薄膜，能提高晶体质量，获得低缺陷密度的gan复合衬底。该发明提供的gan复合衬底制备方法能够显著降低gan外延薄膜材料的缺陷密度，但工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明针对现有蓝宝石衬底技术存在的不足，提出一种含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底，该复合衬底的制备工艺简单，实用性强。

一种含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底，其特征在于，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三明治结构，所述aln三明治结构包括沉积于所述蓝宝石衬底上的第一al2o3层、沉积于所述第一al2o3层上的aln层以及沉积于所述aln层上的第二al2o3层，且所述的aln三明治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al2o3层的厚度为h1，0＜h1＜100nm。

进一步地，所述aln层的厚度为h2，0＜h2＜50nm。

进一步地，所述第二al2o3层的厚度为h3，0＜h3＜100nm。

进一步地，所述的蓝宝石复合衬底通过以下的步骤制成：

(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备第一al2o3层，厚度为40-60nm，具体生长参数为：反应室温度100-300℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有al2o3缓冲层的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为350-500℃，时间为5-12min；

(2)在完成步骤(1)并具有第一al2o3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备aln层，厚度为25-35nm，具体参数为：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1-3kw，溅射压力1-8mtorr；

(3)在完成步骤(2)并具有第一al2o3层和aln层的蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备第二al2o3层，厚度为30-80nm，具体生长参数为：反应室温度150-350℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有aln三明治结构的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为400-600℃，时间为4-15min；

(4)完成步骤(3)并经过清洗处理，即得到含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底。

进一步地，所述的蓝宝石复合衬底优选通过以下的步骤制成：

(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备第一al2o3层，厚度为50nm，具体生长参数为：反应室温度200℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有al2o3缓冲层的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为400℃，时间为10min；

(2)在完成步骤(1)并具有第一al2o3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备aln层，厚度为30nm，具体参数为：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；

(3)在完成步骤(2)并具有第一al2o3层和aln层的蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备第二al2o3层，厚度为60nm，具体生长参数为：反应室温度200℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有aln三明治结构的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为450℃，时间为5min；

(4)完成步骤(3)并经过清洗处理，即得到含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底。

本发明的有益效果如下：由于采用aln三明治结构，本发明不仅可以有效降低gan材料与蓝宝石衬底之间的晶格失配，提高材料质量和发光效率，而且由于aln三明治结构采用非mocvd方法制备，不占用mocvd机器时间，还可以提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的一种含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底的示意图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加清楚，以下结合附图和实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所述的含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底，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三明治结构，所述aln三明治结构包括沉积于所述蓝宝石衬底上的第一al2o3层、沉积于所述第一al2o3层上的aln层以及沉积于所述aln层上的第二al2o3层，且所述的aln三明治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al2o3层的厚度为h1，0＜h1＜100nm。

为了降低蓝宝石衬底与gan之间的晶格失配，所述aln层的厚度为h2，0＜h2＜50nm。

为了提高led发光效率，所述第二al2o3层的厚度为h3，0＜h3＜100nm。

实施例1

本实施例为以蓝宝石图形衬底作为生长衬底，采用原子层沉积方法制备al2o3层，采用溅射方法制备aln层，采用原子层沉积方法与溅射方法组合的生长方法制备aln三明治结构，具体制备方法如下：

(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备第一al2o3层，厚度为50nm，具体生长参数为：反应室温度200℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有al2o3缓冲层的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为400℃，时间为10min；

(2)在完成步骤(1)并具有第一al2o3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备aln层，厚度为30nm，具体参数为：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；

(3)在完成步骤(2)并具有第一al2o3层和aln层的蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备第二al2o3层，厚度为60nm，具体生长参数为：反应室温度200℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有aln三明治结构的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为450℃，时间为5min；

(4)完成步骤(3)并经过清洗处理的衬底结构即得到含有aln三明治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，采用原子层沉积方法制备al2o3层，采用溅射方法制备aln层，采用原子层沉积方法与溅射方法组合的生长方法制备aln三明治结构，具体制备方法如下：

(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备第一al2o3层，厚度为40nm，具体生长参数为：反应室温度250℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有al2o3缓冲层的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为350℃，时间为12min；

(2)在完成步骤(1)并具有第一al2o3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备aln层，厚度为25nm，具体参数为：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1kw，溅射压力4mtorr；

(3)在完成步骤(2)并具有第一al2o3层和aln层的蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备第二al2o3层，厚度为50nm，具体生长参数为：反应室温度150℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有aln三明治结构的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为400℃，时间为4min；

(4)完成步骤(3)并经过清洗处理的衬底结构即得到含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底。

实施例3

本实施例为以蓝宝石图形衬底作为生长衬底，采用原子层沉积方法制备al2o3层，采用溅射方法制备aln层，采用原子层沉积方法与溅射方法组合的生长方法制备aln三明治结构，具体制备方法如下：

(1)首先在蓝宝石图形衬底上采用原子层沉积方法制备第一al2o3层，厚度为60nm，具体生长参数为：反应室温度300℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有al2o3缓冲层的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为500℃，时间为8min；

(2)在完成步骤(1)并具有第一al2o3层的蓝宝石图形衬底上，采用溅射方法制备aln层，厚度为35nm，具体参数为：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6mtorr；

(3)在完成步骤(2)并具有第一al2o3层和aln层的蓝宝石衬底上采用原子层沉积方法制备第二al2o3层，厚度为70nm，具体生长参数为：反应室温度300℃，以ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待生长完成后，将具有aln三明治结构的蓝宝石衬底在n2气氛下退火，退火温度为600℃，时间为6min；

(4)完成步骤(3)并经过清洗处理的衬底结构即得到含有aln三明治结构的蓝宝石复合衬底。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。