CN113913750A - 一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，包括以下步骤：步骤S1、选择镓极性面的氮化镓衬底，对其进行化学清洗；步骤S2、利用物理气相沉积方法在氮化镓衬底上制备铝极性氮化铝模板；步骤S3、将所制备的铝极性氮化铝模板的铝极性面一侧键合至键合衬底上，施加压力实现其紧密贴合；步骤S4、将上述过程实现的复合结构进行高温退火处理，使得键合一侧的铝极性面与键合衬底成键，同时氮化镓单晶衬底在高温条件下分解使得氮化铝的氮极性面暴露；步骤S5、在氮气环境下自然冷却降温，获得具有高质量氮极性氮化铝模板。其优点在于：能够多种衬底上实现高质量氮极性氮化铝模板的制备，该方法应用前景广阔，易于操作，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及氮化铝模板的制作方法领域，特别涉及一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法。
背景技术
近年来，深紫外发光二极管(UVC-LED)以其高效杀菌、安全无毒、易于排列组合等一系列优点逐渐进入公众的视野。特别是由于《水俣公约》的正式生效，寻找杀菌用低压汞灯的有效替代品已成为行业的核心焦点，同时也为UVC-LED的高速发展与普及带来了窗口期。特别是近年来全球范围内新冠病毒的肆虐更是为其从需求端提供了极大的需求，根据多家机构的研究表明，UVC-LED能够在秒级时间范围内实现对新冠病毒高达99.99％的杀灭作用，体现了其巨大的应用前景。尽管如此，与可见光蓝光LED相比，UVC-LED依然无论从材料还是物理方面均具有巨大的发展空间，特别是其高铝组分所带来的强极化电场极大降低了载流子复合的概率，从而直接降低了电光转化效率。而氮基性衬底的应用则能够通过反转极性电场的方式从本质上解决该问题，从而显著提升UVC-LED的发光效率。但UVC-LED用高质量氮极性单晶氮化铝衬底的制备则由于其高重结晶温度与极性调控依然存在着巨大的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法以解决背景技术中所提及的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、选择镓极性面的氮化镓衬底，对其进行化学清洗；
步骤S2、利用物理气相沉积方法在氮化镓衬底镓极性面一侧沉积制备铝极性氮化铝模板；
步骤S3、将所制备的铝极性氮化铝模板的铝极性面一侧键合至其他具有平整表面的键合衬底上，施加压力实现其紧密贴合；
步骤S4、将上述过程实现的复合结构置于退火炉中进行高温退火处理，使得键合一侧的铝极性面与键合衬底成键，同时氮化镓单晶衬底在高温条件下分解使得氮化铝的氮极性面暴露；
步骤S5、在氮气环境下自然冷却降温，获得具有高质量氮极性氮化铝模板。
对本发明的进一步描述：在步骤S1中，所采用的氮化镓衬底采用镓极性面单面抛光衬底或双面抛光衬底。
对本发明的进一步描述：在步骤S1中，氮化镓衬底形状为圆形，直径大小为2寸或4寸或6寸。
对本发明的进一步描述：在步骤S2中，物理气相沉积方法采用磁控溅射方法，铝极性氮化铝模板厚度为10nm～4μm，制备温度为100～900℃。
对本发明的进一步描述：在步骤S3中，铝极性氮化铝模板的铝极性面所接触的键合衬底采用金刚石、蓝宝石、碳化硅或者氮化硼任意一种。
对本发明的进一步描述：在步骤S4中，退火处理过程中所使用的气体氛围为氮气常压氛围，气体氛围充分流动，退火温度为1000～1700℃。
本发明的有益效果为：利用镓极性面氮化镓衬底易于制备铝极性面氮化铝薄膜以及易分解的特点，通过结合物理气相沉积、压力键合与高温退火的方法，在多种衬底上实现高质量氮极性氮化铝模板的制备，该方法应用前景广阔，易于操作，适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明的高质量氮极性氮化铝模板的制作方法示意图；
附图标记说明：
1、氮化镓衬底；2、铝极性氮化铝模板；3、键合衬底；4、氮极性氮化铝模板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
如图1所示，一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、选择镓极性面的氮化镓衬底1，对其进行化学清洗。
在步骤S1中，所采用的氮化镓衬底1采用镓极性面单面抛光衬底或双面抛光衬底，氮化镓衬底1形状为圆形，直径大小为2寸或4寸或6寸，也可以采用其他形状和尺寸。
步骤S2、利用物理气相沉积方法在氮化镓衬底1镓极性面一侧沉积制备铝极性氮化铝模板2。
在步骤S2中，物理气相沉积方法采用磁控溅射方法，铝极性氮化铝模板2厚度为10nm～4μm，制备温度为100～900℃，能够高效地在氮化镓衬底1镓极性面一侧制备高质量的铝极性氮化铝模板2。
步骤S3、将所制备的铝极性氮化铝模板2的铝极性面一侧键合至其他具有平整表面的键合衬底3上，施加压力实现其紧密贴合，即采用压力键合的方式，通过施加压力使薄膜的铝极性面与键合衬底3贴紧。
在步骤S3中，铝极性氮化铝模板2的铝极性面所接触的键合衬底3采用金刚石、蓝宝石、碳化硅或者氮化硼任意一种，也可以采用其他能够在高温退火过程中保持稳定不分解的耐高温衬底。
步骤S4、将上述过程实现的复合结构置于退火炉中进行高温退火处理，使得键合一侧的铝极性面与键合衬底3成键，同时氮化镓单晶衬底在高温条件下分解使得氮化铝的氮极性面暴露。
在步骤S4中，退火处理过程中所使用的气体氛围为氮气常压氛围，以压制氮化铝分解，气体氛围充分流动，退火温度为1000～1700℃，以保证高温条件下键合稳定性以及氮化镓衬底1的充分分解，进而使得氮化铝衬底的氮极性面暴露充分。
步骤S5、在氮气环境下自然冷却降温，获得具有高质量氮极性氮化铝模板4。
实施例一：
在本实施例中，以反应磁控溅射方法在2英寸镓极性面氮化镓衬底上先制备氮化铝薄膜，然后将所制备的氮化铝上表面与表面抛光的碳化硅薄膜贴紧并施加一定压力，并将其置于高温退火炉中进行退火处理，在高温退火过程中铝极性面与碳化硅衬底键合的同时氮化镓衬底分解，最终实现碳化硅为衬底的高质量氮极性面氮化铝模板。
本实施例的高质量氮极性面氮化铝模板的制作方法，包括以下步骤：
1)选择单面抛光的2英寸镓极性面的GaN衬底，利用丙酮进行超声清洗10分钟，后用氮气吹干，得到清洗后的镓极性面氮化镓衬底1；
2)利用磁控溅射方法在GaN镓极性面沉积形成铝极性的氮化铝模板，所使用靶材为纯度99.99％的单质纯铝靶材，溅射衬底温度设置为200℃，溅射过程中氩气与氮气气氛比例为1：8，溅射功率设定为3000W，溅射时间设置为20分钟，从而在镓极性氮化镓衬底1上制得铝极性氮化铝模板2，所制备铝极性氮化铝模板2厚度为约为500nm；
3)选择单面抛光的六方相碳化硅6H-SiC衬底作为键合衬底3，将抛光面贴合至已生长好的铝极性氮化铝模板2表面，并对其施加500N的压力，在本实施例中，将镓极性氮化镓衬底上铝极性氮化铝薄膜倒置键合在碳化硅衬底上，随后将该复合结构置于高温退火炉中，气体氛围设置为常压氮气环境，氮气流速为0.5slm；退火温度设置为1300℃，退火时间设置为2小时，退火过程中同时实现铝极性面与碳化硅衬底表面的键合以及氮化镓衬底的分解；
4)在氮气气氛保护条件下，自然冷却至室温取出，获得碳化硅为衬底的高质量氮极性氮化铝模板4。
实施例二：
在本实施例中，以反应磁控溅射方法在2英寸镓极性面氮化镓衬底上先制备氮化铝薄膜，然后将所制备的氮化铝上表面与表面抛光的金刚石衬底贴紧并施加一定压力，并将其置于高温退火炉中进行退火处理，在高温退火过程中铝极性面与金刚石衬底键合的同时氮化镓衬底分解，最终实现金刚石为衬底的高质量氮极性面氮化铝模板。
本实施例的高质量氮极性面氮化铝模板的制作方法，包括以下步骤：
1)选择单面抛光的2英寸镓极性面的GaN衬底，利用丙酮进行超声清洗10分钟，后用氮气吹干，得到清洗后的镓极性面氮化镓衬底1；
2)利用磁控溅射方法在GaN镓极性面沉积形成铝极性氮化铝模板2，所使用靶材为纯度99.99％的单质纯铝靶材，溅射衬底温度设置为200℃，溅射过程中氩气与氮气气氛比例为1：8，溅射功率设定为3000W，溅射时间设置为20分钟，从而在镓极性氮化镓衬底1上制得铝极性氮化铝模板2，所制备铝极性氮化铝模板2厚度为约为500nm；
3)选择单面抛光的金刚石作为键合衬底3，将抛光面贴合至已生长好的铝极性氮化铝模板2，在本实施例中，将镓极性氮化镓衬底上铝极性氮化铝薄膜倒置键合在金刚石衬底上，并对其施加500N的压力，随后将该复合结构置于高温退火炉中，气体氛围设置为常压氮气环境，氮气流速为0.5slm；退火温度设置为1300℃，退火时间设置为2小时，退火过程中同时实现铝极性面与金刚石衬底表面的键合与氮化镓衬底的分解；
4)在氮气气氛保护条件下，自然冷却至室温取出，获得金刚石为衬底的高质量氮极性氮化铝模板4。
以上并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、选择镓极性面的氮化镓衬底，对其进行化学清洗；
步骤S2、利用物理气相沉积方法在氮化镓衬底镓极性面一侧沉积制备铝极性氮化铝模板；
步骤S3、将所制备的铝极性氮化铝模板的铝极性面一侧键合至其他具有平整表面的键合衬底上，施加压力实现其紧密贴合；
步骤S4、将上述过程实现的复合结构置于退火炉中进行高温退火处理，使得键合一侧的铝极性面与键合衬底成键，同时氮化镓单晶衬底在高温条件下分解使得氮化铝的氮极性面暴露；
步骤S5、在氮气环境下自然冷却降温，获得具有高质量氮极性氮化铝模板。
2.根据权利要求1所述的一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：在步骤S1中，所采用的氮化镓衬底采用镓极性面单面抛光衬底或双面抛光衬底。
3.根据权利要求1所述的一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：在步骤S1中，氮化镓衬底形状为圆形，直径大小为2寸或4寸或6寸。
4.根据权利要求1所述的一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：在步骤S2中，所述物理气相沉积方法采用磁控溅射方法，所述铝极性氮化铝模板厚度为10nm～4μm，制备温度为100～900℃。
5.根据权利要求1所述的一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：在步骤S3中，铝极性氮化铝模板的铝极性面所接触的键合衬底采用金刚石、蓝宝石、碳化硅或者氮化硼任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种高质量氮极性氮化铝模板的制作方法，其特征在于：在步骤S4中，退火处理过程中所使用的气体氛围为氮气常压氛围，气体氛围充分流动，退火温度为1000～1700℃。
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2021
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