[发明专利]一种III-V族氮化物的外延结构及其生长方法

权利要求书

1.一种III-V族氮化物的外延结构，包括：图形化衬底，位于图形化衬底之上的AlN缓冲层以及位于AlN缓冲层之上的III-V族氮化物层，其特征在于：所述AlN缓冲层采用同时或交替通入TMIn/Cp2Mg的迁移率增强技术，使得Al原子迁移至图形化衬底的底部进行成核，底层结构填充图形化衬底底部，并与图形化衬底侧面之间形成空气层间隙，且AlN缓冲层的上表面仍保持大致平整，用于改善III-V族氮化物层的外延质量，减少晶格缺陷，提升出光效率。

2.根据权利要求1所述的一种III-V族氮化物的外延结构，其特征在于：所述AlN缓冲层的厚度为0.5~5μm。

3.根据权利要求1所述的一种III-V族氮化物的外延结构，其特征在于：所述底层结构的厚度不低于图形化衬底的高度。

4.根据权利要求1所述的一种III-V族氮化物的外延结构，其特征在于：所述图形化衬底材料为蓝宝石、硅、碳化硅或者氮化镓。

5.根据权利要求1所述的一种III-V族氮化物的外延结构，其特征在于：所述III-V族氮化物层为AlN、GaN、Al_xGa_1-xN、Al_xIn_1-xN、In_yGa_1-yN或(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yN单层或多层结构，其中0<x< 1，0<y<1。

6.一种III-V族氮化物外延结构的生长方法，包括步骤：提供一图形化衬底；在所述图形化衬底上生长AlN缓冲层的底层结构，其生长过程从图形化衬底的底部逐渐覆盖至图形化衬底的顶部，使得底层结构上表面趋于平整，由于二维侧向生长，可以使部分位错弯曲，在侧向外延的同时，AlN缓冲层较难在图形化衬底的侧面进行成核和生长，从而在所述底层结构与图形化衬底侧面之间形成空气层间隙；在所述底层结构上继续生长AlN缓冲层，直至上表面大致平整；在所述大致平整的AlN缓冲层上生长III-V族氮化物层，从而改善III-V族氮化物层的外延质量，减少晶格缺陷，提升出光效率。

7.根据权利要求1所述的一种III-V族氮化物外延结构的生长方法，其特征在于：所述AlN缓冲层的底层结构还包括以下步骤形成：

（1）预通入TMAl源，沉积一层Al原子，因Al原子迁移率较低，随机性地覆盖在图形化衬底的各个位置；

（2）通入TMIn源和Cp2Mg源，以In/Mg作为表面迁移率增强剂，增强Al原子的表面迁移率和侧向外延速率，使得Al原子逐渐迁移并聚集至能量最低的图形化衬底的底部；

（3）通入NH₃进行氮化处理，生长AlN成核层；

（4）通入TMAl/NH₃气，继续生长AlN薄膜层，使AlN薄膜进行侧向外延，因AlN的纵向生长速度高于侧向生长速率，侧向生长速率较慢，AlN在图形化衬底上方合并后，AlN未与图形化衬底的斜面合并，从而成倒锥形的空气层间隙；

（5）以上述（1）~（4）作为周期，循环生长，从图形化衬底底部往上沉积，直至侧向外延至图形化衬底顶部以上位置进行AlN缓冲层的合并，使得底层结构上表面趋于平整。

8.根据权利要求7所述的一种III-V族氮化物外延结构的生长方法，其特征在于：所述AlN缓冲层的底层结构的生长温度为850~1150℃。

9.根据权利要求7所述的一种III-V族氮化物外延结构的生长方法，其特征在于：所述步骤（2）中的TMIn源和Cp2Mg源的通入方式为连续通入或间断通入或渐变通入。

10.根据权利要求7所述的一种III-V族氮化物外延结构的生长方法，其特征在于：所述步骤（5）中周期生长厚度为1~5nm，循环生长周期为200~2000。