[发明专利]氮化铝单晶复合衬底及其制备方法、紫外发光器件

说明书

一种氮化铝单晶复合衬底及其制备方法、紫外发光器件，属于半导体材料领域。制备方法包括：对单侧表面形成有氮化铝薄膜的衬底在炉腔内于退火气氛下进行高温退火，以使氮化铝重结晶，获得氮化铝单晶复合衬底；其中，氮化铝薄膜的表面暴露于退火气氛中，炉腔内放置有与衬底间隔布置的至少一个氮化铝陶瓷件，高温退火能够使氮化铝陶瓷件于氮化铝重结晶之前进行分解以在炉腔内创造富铝气氛。利用上述制备方法的改进，可获得高结晶质量且表面无划损的氮化铝单晶复合衬底，使其应用于紫外发光器件中时能够提高紫外发光器件的性能。

技术领域

本申请涉及半导体材料领域，具体而言，涉及一种氮化铝单晶复合衬底及其制备方法、紫外发光器件。

背景技术

深紫外发光二极管在杀菌领域的应用正在引起人们的广泛关注，其所具有的体积小、单色性高、无汞安全等优点使其逐步应用于生命科学、医疗健康领域。而众所周知，实现高性能深紫外发光二极管的前提条件是拥有高结晶质量的氮化铝单晶复合衬底。

目前，单晶氮化铝的制备难度依然巨大，其成本与良品率依然不能满足大规模产业化的需求。尽管目前高温面对面退火技术能够实现高质量的蓝宝石上氮化铝单晶复合衬底，但目前基于的面对面退火技术所制备的氮化铝单晶复合衬底却因为表面相互接触从而引入划痕，从而极大的影响良率，寻找到一种制备高结晶质量且表面无划损的氮化铝单晶复合衬底方法，将对紫外半导体光电子器件领域具有重大意义。

发明内容

本申请提供了一种氮化铝单晶复合衬底及其制备方法、紫外发光器件，其利用氮化铝单晶复合衬底的制备方法的改进，可获得高结晶质量且表面无划损的氮化铝单晶复合衬底，使其应用于紫外发光器件中时能够提高紫外发光器件的性能。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种氮化铝单晶复合衬底的制备方法，其包括：对单侧表面形成有氮化铝薄膜的衬底在炉腔内于退火气氛下进行高温退火，以使氮化铝重结晶，获得氮化铝单晶复合衬底；其中，氮化铝薄膜的表面暴露于退火气氛中，炉腔内放置有与衬底间隔布置的至少一个氮化铝陶瓷件，高温退火能够使氮化铝陶瓷件于氮化铝重结晶之前进行分解以在炉腔内创造富铝气氛。

本申请提供的氮化铝单晶复合衬底的制备方法，利用高温退火诱发氮化铝的重结晶以获得氮化铝单晶复合衬底，其中在高温退火过程中通过在炉腔内放置有与衬底间隔布置的至少一个氮化铝陶瓷件，一方面使氮化铝陶瓷件在氮化铝薄膜重结晶前分解释放铝蒸汽，从而压制氮化铝薄膜重结晶过程中的表面分解，提高氮化铝单晶的结晶质量，另一方面也避免氮化铝陶瓷件和衬底及氮化铝薄膜接触，避免发生机械损伤或划痕，并且该退火过程中氮化铝薄膜的表面暴露于退火气氛中，也即是氮化铝薄膜的表面未覆盖任何物体，因此不会造成其表面的损伤，从而获得表面无磨损且高结晶质量的氮化铝单晶复合衬底。该方案操作简单，尤为适于大规模产业化生产。

在一些可选地实施例中，氮化铝陶瓷件的数量为多个，多个氮化铝陶瓷件沿衬底的周向间隔布置。

在一些可选地实施例中，氮化铝陶瓷件的数量为多个，多个氮化铝陶瓷件沿衬底的中心对称布置。

在一些可选地实施例中，高温退火的压强为0.5-5MPa，高温退火的温度为1200-1700℃，高温退火的时间为30-400min。

在一些可选地实施例中，制备方法还包括在高温退火完成后，保持炉腔内的退火气氛及压强不变的前提下随炉冷却，取出冷却后的氮化铝单晶复合衬底，对氮化铝单晶复合衬底依次进行表面刻蚀以及化学清洗。

在一些可选地实施例中，表面刻蚀包括：将氮化铝单晶复合衬底浸渍于质量浓度为0.1-50％的强碱水溶液中进行刻蚀，其中刻蚀的时间为5-200min，刻蚀的温度为5-60℃。

在一些可选地实施例中，化学清洗包括：采用由丙酮与酒精混合所得的清洗液对氮化铝单晶复合衬底进行超声清洗。