一种半极性AlN模板制造技术

本发明专利技术公开了一种半极性AlN模板，其具有半极性显露面，并且包含有

A semi polar AlN template

The present invention discloses a semi polar AlN template having a half polarity, an obvious appearance, and a package

【技术实现步骤摘要】
一种半极性AlN模板
本专利技术特别涉及一种半极性AlN模板，属于材料科学领域。
技术介绍
六方纤锌矿结构的AlN及其合金的禁带覆盖了200～365nm的紫外光谱范围，是制备深紫外光电器件和高频大功率器件的理想材料。然而，AlN基材料通常是沿着极性轴—c轴方向生长的，使得AlN及其合金在[0001]方向具有很强的自发极化和压电极化。这种极化效应在氮化物外延层中会产生较高强度的内建电场，引起能带弯曲、倾斜，使电子和空穴在空间上分离，大大降低了AlN基光电器件的发光效率。因此人们尝试通过各种手段降低极化电场改善发光器件性能。其中半极性材料由于其内建电场与生长轴方向并不平行，可以显著地减少极化效应，因此得到了广泛的关注。目前质量最好的半极性AlN材料是由c向AlN厚膜中切下来的。然而，利用这种方法获得的AlN材料的尺寸非常有限，这迫使研究人员开始尝试在蓝宝石、碳化硅等非c面的异质衬底上外延半极性AlN材料，但是这种技术困难重重，且AlN的结晶质量很差、位错密度很高，严重制约了AlN基光电器件的效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种半极性AlN模板，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种半极性AlN模板，其具有半极性显露面，并且包含有孪晶结构或孪晶结构。进一步的，所述的半极性AlN模板包括：形成于AlN基材显露面上的孪晶结构或孪晶结构，所述AlN基材为[0001]取向的，且显露面为或以及，形成于所述孪晶结构或孪晶结构上的、取向的AlN材料。进一步的，所述AlN基材形成于衬底上。进一步的，所述衬底包括蓝宝石衬底，例如可优选为c面蓝宝石，但不限于此。进一步的，所述衬底包括SiC衬底。进一步的，所述孪晶结构或孪晶结构与AlN基材之间形成有锯齿状界面。进一步的，所述AlN基材的截面为等腰三角形，当所述三角形的底角为51°～71°时，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构。进一步的，所述AlN基材的截面为等腰三角形，当所述三角形的底角为22°～42°时，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构。本专利技术实施例还提供了一种制备半极性AlN模板的方法，其包括：于衬底上生长AlN，并诱导产生AlN孪晶结构或孪晶结构，使AlN的生长取向转变为进而获得半极性AlN模板。在一些实施方案中，所述制备半极性AlN模板的方法包括：在衬底上生长形成[0001]取向的AlN基材，并使所述AlN基材的显露面为或在所述AlN基材上继续生长AlN，并形成AlN孪晶结构或AlN孪晶结构，使AlN的生长取向转变为进一步的，所述AlN基材的截面为等腰三角形，当所述三角形的底角约61°左右时，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构。进一步的，所述AlN基材的截面为等腰三角形，当所述三角形的底角约32°左右时，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构。在一些实施方案中，所述制备半极性AlN模板的方法包括：将c面蓝宝石衬底置于氢化物气相外延设备中，以HCl和NH3作反应气体、H2和N2为载气，设置生长温度为1200℃～1600℃，沉积形成厚度为300nm～3μm的[0001]取向的AlN基材，并使所述AlN基材的显露面为或与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：(1)本专利技术的半极性AlN模板可直接选用c面蓝宝石或SiC等作为衬底形成，而不需要r面蓝宝石，不仅可以减少AlN外延层中的层错，且成本低廉，并具有较高质量。(2)本专利技术的半极性AlN模板的制备方法可以减少AlN外延层中的层错，且通过在AlN生长初期诱导产生或孪晶结构，均可以使AlN的生长取向由[0001]转变为这使得生长窗口更为宽泛、生长条件更易控制，同时只需一步生长，无需改变生长条件，就能使后续的AlN保持沿半极性方向生长，从而避免了二次污染，有利于获得高质量的半极性AlN模板。附图说明图1a是本专利技术一实施例中所获AlN厚膜的XRD2θ/ω扫描图；图1b是本专利技术一实施例中所获AlN厚膜的TEM截面图；图1c是图1b所示锯齿层的选区电子衍射图；图1d和图1e分别是晶柱A、B的选区电子衍射图；图2a是本专利技术一实施例中锯齿层和柱状层界面处的放大图；图2b是本专利技术一实施例中锯齿层和柱状层左、右侧界面的选区电子衍射图；图2c是图2b所示右侧界面的高分辨电子衍射图；图2d是图2b所示左侧界面的高分辨电子衍射图；图3是本专利技术一实施例中ECS(EquilibriumCrystalShape)模型图；图4a是本专利技术另一实施例中SiC衬底上侧向外延生长的AlN厚膜的XRD2θ/ω扫描图；图4b是AlN厚膜的TEM截面像；图4c-图4d分别为左侧界面的选区电子衍射和高分辨透射电子像；图4e-图4f分别为右侧界面的选区电子衍射和高分辨电子衍射像；图5a是AlN厚膜的截面像；图5b是AlN厚膜的XRD2θ/ω扫描图；图5c-图5d分别为左、右侧界面的选区电子衍射图；图5e是三角形和晶柱间界面的高分辨电子衍射像；图6a-图6b是分别通过孪晶实现半极性AlN生长的示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术的一典型实施例提供的一种半极性AlN模板的制备方法，包括：(1)将2英寸的c面蓝宝石衬底放置于HVPE(氢化物气相外延)设备中，以HCl和NH3作反应气体、H2和N2为载气。(2)设置生长温度为1200℃～1600℃,首先沉积300nm～3μm的[0001]取向的AlN基材，该AlN基材的显露面为或(3)若上述AlN基材的截面为等腰三角形，若三角形的底角为61°左右，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构；若三角形的底角为32°左右，在三角形的腰部形成AlN孪晶结构。(4)基于孪晶能够改变晶体生长取向的特性，根据几何关系，无论形成哪一种孪晶，AlN的生长取向均可以转变为在此基础上继续生长就可以获得半极性AlN模板。请参阅图1a-图1d，本专利技术实施例中，在c向蓝宝石上生长的AlN厚膜，通过孪晶生长模式，生长取向由初始的[0001]转变成其中，图1a是所述AlN厚膜的XRD2θ/ω扫描图，图1b是所述AlN厚膜的TEM截面图，可以看到AlN厚膜包含锯齿层和柱状层。图1c是图1b所示锯齿层的选区电子衍射图。图1d和图1e分别是晶柱A、B的选区电子衍射图。再请参阅图2a是本实施例中锯齿层和柱状层界面处的放大图。图2b是本实施例中锯齿层和柱状层左、右侧界面的选区电子衍射图，这两个界面均为孪晶界。图2c是图2b所示右侧界面的高分辨电子衍射像，说明此处为共格孪晶界。图2d是图2b所示左侧界面的高分辨电子衍射像，说明此处为非共格孪晶界。在本专利技术中，导致晶体生长取向转变的关键点是孪晶界的形成。由于孪晶界是在显露面上形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半极性AlN模板，其特征在于：所述半极性AlN模板具有半极性显露面，并且包含有

【技术特征摘要】
1.一种半极性AlN模板，其特征在于：所述半极性AlN模板具有半极性显露面，并且包含有孪晶结构或孪晶结构。2.根据权利要求1所述的半极性AlN模板，其特征在于包括：形成于AlN基材显露面上的孪晶结构或孪晶结构，所述AlN基材为[0001]取向的，且显露面为或以及，形成于所述孪晶结构或孪晶结构上的、取向的AlN材料。3.根据权利要求1所述的半极性AlN模板，其特征在于：所述AlN基材形成于衬底上。4.根据权利要求3所述的半极性AlN模板，其特征在于：所述衬底包括蓝宝石衬底。5.根据权利要求4所述的半极性AlN模板，其特征在于：所述蓝宝石衬底包括c面蓝宝石。6.根据权利要求3所述的半极性AlN模板，其特征在于：所述衬底包括SiC衬底。7.根据权利要求1所述的半极性AlN模板，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪才，刘婷，王建峰，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32