[发明专利]基于r面SiC图形衬底的非极性a面AlN薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种基于r面SiC衬底的非极性a面AlN薄膜，自下而上包括：r面SiC衬底层、GaN成核层、AlGaN层和a面AlN层，其特征在于：r面SiC衬底层，其表面设有通过金刚石砂纸打磨形成的锯齿状衬底条纹，该衬底条纹为平行于SiC衬底基准边或垂直于SiC衬底基准边；AlGaN层采用Al组分从5％渐变至100％的渐变AlGaN层。

2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于：GaN成核层的厚度为50-150nm。

3.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于：Al组分渐变AlGaN层的厚度为1000-8000nm。

4.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于：a面AlN层的厚度为1500-3000nm。

5.一种基于r面SiC衬底的非极性a面AlN薄膜制备方法，包括如下步骤：

(1)将r面SiC衬底水平放置，再将金刚石砂纸放置在衬底表面，在金刚石砂纸上施加3-20牛顿的力在SiC衬底上打磨出平行于SiC衬底基准边的条纹图案或垂直于SiC衬底基准边的锯齿状图案；

(2)将打磨后的r面SiC衬底依次放入HF酸、丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中各超声清洗5-15min，最后用氮气吹干；

(3)将清洗后的r面SiC衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，将抽真空使反应室的压力小于2×10^-2Torr，再向反应室通入氢气与氨气的混合气体，在MOCVD反应室压力达到为20-750Torr的条件下，将衬底温度加热到1100-1300℃，并保持5-20min，完成对衬底基片的热处理；

(4)将反应室压力保持在20-750Torr，温度设为1000-1150℃，并同时向反应室同时通入镓源、氢气和氨气三种气体，在热处理后的r面SiC衬底上生长厚度为20-120nm的GaN成核层，其中镓源流量为30-110μmol/min，氢气流量为1200sccm，氨气流量为2000-8000sccm；

(5)将反应室压力保持在20-750Torr，温度设为950-1050℃，改变镓源和铝源的流量使AlGaN层中的Al组分从5％渐变至100％，生长厚度为1000-8000nm的Al组分渐变AlGaN层；

(6)将反应室压力保持在20-750Torr，温度设为900-1050℃，同时通入流量为30-120μmol/min的铝源和流量为3000-7000sccm的氨气，生长厚度为1500-3000nm的非极性a面AlN层，待温度降至室温时取出。

6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤(1)的金刚石砂纸，采用颗粒直径为1-20μm的砂纸。