一种蓝宝石复合衬底的制作方法

文档序号:17366391发布日期:2019-04-09 22:30阅读:489来源:国知局
一种蓝宝石复合衬底的制作方法

本实用新型属于GaN基LED生产领域,具体涉及一种蓝宝石复合衬底。



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。该实用新型提供的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:

本实用新型针对现有蓝宝石衬底技术存在的不足,提出一种蓝宝石复合衬底,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。

本实用新型的有益效果如下:由于采用AlN三明治结构,本实用新型不仅可以有效降低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是本实用新型的一种蓝宝石复合衬底的结构示意图。

具体实施方式

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

如图1所示,本实用新型所述的含有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。

本实用新型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。

本实用新型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。

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,以上所述仅为实用新型的优选实例而已,并不用于限制实用新型,尽管参照前述实例对实用新型进行了详细的说明,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。凡在实用新型的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在实用新型的保护范围之内。

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