CN203179935U - 一种生长在Si衬底上的AlN薄膜及含该AlN薄膜的电器元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生长在Si衬底上的AlN薄膜及含该AlN薄膜的电器元件，其特征在于：包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的AlN薄膜层，所述Si衬底层的厚度为80－100μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5nm。在Si衬底层上生长AlN薄膜层，衬底与AlN之间的晶格失配度较低，获得的AlN晶体的质量较高；同时，通过控制Si衬底层和AlN薄膜层的厚度，为生长高质量GaN薄膜打下坚实的基础。本实用新型适合应用在LED器件、光探测器等电器件中。

Description

一种生长在Si衬底上的AlN薄膜及含该AlN薄膜的电器元件

技术领域

本实用新型涉及AlN薄膜领域，具体涉及一种生长在Si衬底上的AlN薄膜及含该AlN薄膜的电器元件。

背景技术

AlN是ⅢA族化合物，一般以六方晶系中的纤锌矿结构存在，有许多优异的性能，如高的热传导性、低的热膨胀系数、高的电绝缘性质、高的介质击穿强度、优异的机械强度、优异的化学稳定性和低毒害性、良好的光学性能等。由于AlN 有诸多优异性能，带隙宽、极化强，禁带宽度为6.2eV，使其在机械、微电子、光学，以及电子元器件、声表面波器件制造、高频宽带通信和功率半导体器件等领域有着广阔的应用前景。

目前，AlN的应用主要体现在以下几个方面：压电材料、外延缓冲层材料、发光层材料。一方面，由于AlN材料具有电子漂移饱和速率高、热导率高、介质击穿强度高等优异特性，其在高频、高温、高压电子器件领域有着巨大的潜力，而纤锌矿结构的AlN薄膜具有高速率声波学的压电特性，其表面声学在已知压电材料中最高，并具有较大的机电耦合系数，因此AlN是用于制备高频表面波器件的优选材料。另一方面，由于AlN具有高热导、低热膨胀以及较宽带隙的优点，而且与GaN晶格有较好的匹配，用AlN作为缓冲层可以有效提高GaN、InN外延薄膜的晶体质量，明显改善其电学与光学性能。另外，AlN可以作为蓝光紫外光的发光材料，如果进行掺杂或者制作复合膜，发光光谱将覆盖整个可见光区域。

AlN薄膜必须具有较高的结晶质量，才能满足以上多方面的应用。目前常用于制备AlN薄膜的方法有化学气相沉积法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及分子束外延法等。然而，绝大多数的制备方法要求将衬底加热到较高的温度，但较高的温度可能会导致衬底材料的损伤，这是AlN薄膜制备的一大难题。并且，要达到生长高质量AlN晶体的要求，则需要复杂的设备仪器，造价昂贵，且单个薄膜的生长速度较慢，单个样品的成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种生长在Si衬底上的AlN薄膜，其使用Si为衬底，获得AlN与衬底之间晶格失配度很低，极大地提AlN晶体的质量高。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种生长在Si衬底上的AlN薄膜，其特征在于：包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的AlN薄膜层，所述Si衬底层的厚度为80－100μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5nm。

本实用新型的生长在Si衬底上的AlN薄膜的制备方法是：选取Si衬底，采用分子束外延生长法在Si衬底上生长Al缓冲层，再通入氮的等离子体对Al缓冲层进行氮化，并采用脉冲激光沉积生长法生长AlN薄膜。

一种含生长在Si衬底上的AlN薄膜的电器元件，其由下至上依次包括Si衬底层、AlN薄膜层、U-GaN薄膜层、n型掺硅GaN 外延层、In_xGa_1-xN多量子阱层、p型掺镁GaN层。

优选地，上述n型掺硅GaN外延层的厚度为 5 μm，In_xGa_1-xN多量子阱层的厚度为112 nm，p型掺镁GaN层的厚度为350 nm。

一种含生长在Si衬底上的AlN薄膜的电器元件，其由下至上依次包括Si衬底层、AlN薄膜层、U-GaN薄膜层、n型掺硅GaN 外延层、非掺杂GaN层、p型掺镁GaN层。

优选地，上述U-GaN薄膜层的厚度为300 nm，n型掺硅GaN外延层的厚度为3 μm，非掺杂GaN层的厚度为200 nm, p型掺镁GaN层的厚度为1. 5 μm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

在Si衬底层上生长AlN薄膜层，衬底与AlN之间的晶格失配度较低，获得的AlN晶体的质量较高；同时，通过控制Si衬底层和AlN薄膜层的厚度为生长高质量GaN薄膜打下坚实的基础；另外，本实用新型的生长在Si衬底上的AlN薄膜应用在LED器件中能够提高发光效率和散热效率，同时也适合应用在光探测器中。

附图说明

图1为本实用新型的生长在Si衬底上的AlN薄膜的结构示意图；

图2为实施例2的电器元件的结构示意图；

图3为实施例3的电器元件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例子对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

请参照图1，本实用新型的生长在Si衬底上的AlN薄膜包括Si衬底层11、生长在Si衬底层上的AlN薄膜层12。所述Si衬底层的厚度为80－100 μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5 nm。优选方案中，Si衬底层的厚度为100 μm。

本实用新型的生长在Si衬底上的AlN薄膜可以通过下述方法制得：

选取Si衬底，采用分子束外延生长法在Si衬底上生长Al缓冲层，再通入氮的等离子体对Al缓冲层进行氮化，并采用脉冲激光沉积生长法生长AlN薄膜。

实施例2

请参照图2，一种含生长在Si衬底上的AlN薄膜的电器元件，该电器元件应用在LED器件中能够提高LED器件的发光效率和散热效率。该电器元件由下至上依次包括Si衬底层10a、AlN薄膜层10b、U-GaN薄膜层11、n型掺硅GaN 外延层12、In_xGa_1-xN多量子阱层13、p型掺镁GaN层14。所述Si衬底层的厚度为100 μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5 nm。

优选方案中，所述n型掺硅GaN外延层12的厚度为 5 μm，In_xGa_1-xN多量子阱层13的厚度为112 nm，p型掺镁GaN层14的厚度为350 nm。

实施例3

请参照图3，一种含生长在Si衬底上的AlN薄膜的电器元件，该电器元件适合应用在光探测器。该电器元件由下至上依次包括Si衬底层20a、AlN薄膜层20b、U-GaN薄膜层21、n型掺硅GaN 外延层22、非掺杂GaN层23、p型掺镁GaN层24。所述Si衬底层的厚度为100μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5nm。

优选方案中，所述U-GaN薄膜层21的厚度为300 nm，n型掺硅GaN外延层22的厚度为3 μm，非掺杂GaN层23的厚度为200 nm, p型掺镁GaN层24的厚度为1. 5 μm。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型的保护范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种生长在Si衬底上的AlN薄膜，其特征在于：包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的AlN薄膜层，所述Si衬底层的厚度为80－100μm，所述AlN薄膜层的厚度为3－5nm。

2.含权利要求1所述的AlN薄膜的电器元件，其特征在于：由下至上依次包括Si衬底层、AlN薄膜层、U-GaN薄膜层、n型掺硅GaN 外延层、In_xGa_1-xN多量子阱层、p型掺镁GaN层。

3.如权利要求2所述的电器元件，其特征在于：n型掺硅GaN外延层的厚度为 5 μm，In_xGa_1-xN多量子阱层的厚度为112 nm，p型掺镁GaN层的厚度为350 nm。

4.含权利要求1所述的AlN薄膜的电器元件，其特征在于：由下至上依次包括Si衬底层、AlN薄膜层、U-GaN薄膜层、n型掺硅GaN 外延层、非掺杂GaN层、p型掺镁GaN层。

5.如权利要求1所述的电器元件，其特征在于：U-GaN薄膜层的厚度为300 nm，n型掺硅GaN外延层的厚度为3 μm，非掺杂GaN层的厚度为200 nm, p型掺镁GaN层的厚度为1. 5 μm。

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