[发明专利]一种AlN缓冲层结构及其制备方法

权利要求书

1.一种AlN缓冲层结构，其特征在于，其包括衬底，在衬底上依次生长出AlN纳米柱阵列缓冲层、AlGaN缓冲层、GaN三维层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、电子阻挡层及p-GaN层。

2.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO、LiGaO₂、LaSrAlTaO₆、Al或Cu。

3.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述AlN纳米柱阵列缓冲层的高度为200-400nm。

4.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述AlGaN缓冲层的厚度分别为400-500nm，其中，Al组分所占的摩尔比例为10％-90％；所述GaN三维层的厚度为500-1500nm。

5.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述n-GaN层的厚度为1500-3000nm，Si掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3。

6.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱层为多周期重复结构，每一周期由量子垒层和量子阱层组成；量子垒层的材料为GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN，量子阱层的材料为InGaN；量子垒层材料的带隙比量子阱层材料的带隙大；量子垒层的厚度比量子阱层的厚度大；多量子阱的周期数为3-20；该多量子阱最后一层为量子垒层。

7.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述电子阻挡层的材料为AlGaN、InAlN或AlInGaN，厚度为20-50nm，Mg掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3。

8.如权利要求1所述的AlN缓冲层结构，其特征在于，所述p-GaN层的厚度为200-300nm，Mg掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3。

9.如权利要求1-8任意一项所述的AlN缓冲层结构的制备方法，其特征在于，包括：

1)AlN纳米柱阵列缓冲层的生长步骤：采用等离子增强化学气相沉积工艺在衬底上生长AlN纳米柱阵列缓冲层；

2)AlGaN缓冲层、GaN三维层、n-GaN层的生长步骤：采用金属有机化学气相沉积工艺在AlN纳米柱阵列缓冲层上依次生长AlGaN缓冲层、GaN三维层、n-GaN层；

3)InGaN/GaN多量子阱层生长步骤：采用金属有机化学气相沉积工艺在n-GaN层生长InGaN/GaN多量子阱层；

4)电子阻挡层、p-GaN层的生长步骤：采用金属有机化学气相沉积工艺在多量子阱层上依次生长电子阻挡层、p-GaN层。

10.如权利要求9所述的AlN缓冲层结构的制备方法，其特征在于，

步骤1)中，具体工艺条件如下：反应室温度保持为750℃，射频功率150W，AlCl粉末的加入量为0.500g，通入100sccm的氨气和30sccm的氩气；

步骤2)中，具体工艺条件如下：

AlGaN缓冲层的工艺条件为：反应室温度为1000℃，反应室压力为100Torr，通入180sccm的氨气、60sccm的氢气、300sccm的三甲基镓和250sccm的三甲基铝；

u-GaN层的工艺条件为：反应室温度为800℃，反应室压力为200Torr，通入200sccm氨气、100sccm氮气和380sccm三甲基镓；

n-GaN层的工艺条件为：反应室温度为1000℃，反应室压力为200Torr，通入60sccm的硅烷、200sccm的氨气、100sccm的氮气、380sccm的三甲基镓；

步骤3)中，具体工艺条件如下：

3-1)反应室温度保持为850℃，气压保持为100Torr，通入60sccm硅烷、250sccm氨气、100sccm氮气和380sccm三甲基镓，在n-GaN层上生长GaN势垒层；

3-2)反应室温度保持为750℃，气压保持为200Torr，通入250sccm氨气、100sccm氮气、380sccm三甲基镓和80sccm三甲基铟在GaN势垒层上生长InGaN势阱层；

3-3)按照设定的循环次数依次循环重复步骤3-1)和步骤3-2)，得到InGaN/GaN多量子阱；

步骤4)中，具体工艺条件如下：

电子阻挡层的工艺条件为：反应室温度为900℃，反应室压力为100Torr，通入50sccm二茂镁、250sccm氨气、100sccm氮气、380sccm三甲基镓和150sccm三甲基铝；

p-GaN层的工艺条件为：反应室温度为900℃，反应室压力为100Torr，通入50sccm二茂镁、250sccm氨气、100sccm氮气和380sccm三甲基镓。