[发明专利]超宽禁带氮化铝材料外延片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超宽禁带氮化铝材料外延片，包括：纳米图形化蓝宝石衬底，所述衬底上设有周期性排列的图形；氮化铝外延层，设置于所述衬底上，包括从下至上的一次愈合层、二次愈合层，所述一次愈合层包括横向外延空隙及第一愈合区，所述横向外延空隙在所述图形的上方分布有多个，所述第一愈合区分布在相邻的所述横向外延空隙的侧面及上方，所述二次愈合层包括空气隙及第二愈合区，所述空气隙分布于所述第一愈合区的上方，所述第二愈合区分布在所述空气隙的侧面及上方。经过二次愈合，可有效释放外延片残余应变，降低穿透位错密度，消除外延片表面裂纹呈现出类似体材料AlN衬底的优异性能。

技术领域

本发明涉及氮化铝材料的外延生长技术领域，更具体地，涉及一种超宽禁带氮化铝材料外延片及其制备方法。

背景技术

超宽禁带氮化铝(AlN)外延片在射频功率器件，日盲紫外探测器件和深紫外光源等领域有极大的应用价值。以深紫外发光二极管(DUV LED)为例，在AlN体材料衬底成本高，产出较低的背景下，超宽禁带氮化铝(AlN)外延片通常在异质蓝宝石衬底上外延制备，因此AlN异质外延片的质量在保证器件性能中起着至关重要的作用。但是，相比于在AlN体材料衬底上制造超宽禁带氮化铝(AlN)外延片，传统平面的蓝宝石衬底上获得的AlN异质外延片存在晶格失配和热膨胀失配，引入外延片残余应变，高穿透位错密度和表面裂纹等问题，阻碍DUV-LED性能的提升。

因此，提供一种晶体质量较好的AlN异质外延片是需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种超宽禁带氮化铝材料外延片，包括：纳米图形化蓝宝石衬底，所述衬底上设有周期性排列的图形；氮化铝外延层，设置于所述衬底上，包括从下至上的一次愈合层、二次愈合层，所述一次愈合层包括横向外延空隙及第一愈合区，所述横向外延空隙在所述图形的上方分布有多个，所述第一愈合区分布在相邻的所述横向外延空隙的侧面及上方，所述二次愈合层包括空气隙及第二愈合区，所述空气隙分布于所述第一愈合区的上方，所述第二愈合区分布在所述空气隙的侧面及上方。经过二次愈合，可有效释放外延片残余应变，降低穿透位错密度，消除外延片表面裂纹呈现出类似体材料AlN衬底的优异性能。

本发明还提供一种超宽禁带氮化铝材料外延片的制备方法，包括如下步骤：

S1制作纳米图形化的蓝宝石衬底；

S2连续通入三甲基铝、氨气和氢气，三甲基铝作为铝源，氨气作为氮源，氢气作为载气，在蓝宝石衬底上沉积低温氮化铝成核层；

S3继续连续通入氢气和三甲基铝，间断地通入氨气，形成包括横向外延空隙及第一愈合区的一次愈合层，所述横向外延空隙在所述图形的上方分布有多个，所述第一愈合区分布在相邻的所述横向外延空隙的侧面及上方；

S4继续连续通入三甲基铝、氨气和氢气，形成包括空气隙及第二愈合区的二次愈合层，所述空气隙分布于所述第一愈合区的上方，所述第二愈合区分布在所述空气隙的侧面及上方。

该超宽禁带氮化铝材料外延片的制备方法用于制备上述超宽禁带氮化铝材料外延片。

附图说明

图1为本发明提供的一种超宽禁带氮化铝材料外延片中的金字塔型的蓝宝石衬底示意图，(a)为金字塔型的蓝宝石衬底形貌图，(b)为金字塔型的蓝宝石衬底形貌的相关参数；

图2为扫描电镜(SEM)显示的氮化铝外延层的形貌图；

图3为透射电镜(TEM)显示的一次愈合层的形貌图；

图4为对本发明提供的一种超宽禁带氮化铝材料外延片的晶体质量进行的X射线衍射仪摇摆曲线(XRC)的表征，其中(a)为002面的XRC，(b)为102面的XRC。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例。