[发明专利]一种高质量非极性AlGaN微纳复合结构及其加工方法

说明书

本发明涉及一种高质量非极性AlGaN微纳复合结构，包括基底、柱状固体介质阵列结构和孔状非极性Alsubgt;x/subgt;Gasubgt;1‑x/subgt;N层。本发明可显著降低非极性AlGaN面内应力，从而达到大幅度减弱非极性AlGaN产生位错的根源，实现非极性AlGaN位错密度的有效降低和晶体质量的有效提高。还可以适应非极性AlGaN在不同Al组分条件下应力各向异性的变化，最大限度上解决非极性AlGaN因存在的面内应力各向异性导致的问题。使用该复合结构可进一步生长高质量的非极性AlGaN基薄膜，广泛应用于非极性AlGaN基紫外、深紫外发光器件以及紫外、日盲探测器件的制备，并可显著提高制备器件的性能、稳定性及寿命。

技术领域

本发明涉及电子信息工程领域，具体涉及一种高质量非极性AlGaN微纳复合结构及其加工方法。

背景技术

以GaN、SiC为代表的第三代半导体因具有宽禁带、高电子迁移率、高击穿电压和良好的耐高温、耐辐射等特性而在近年来取得迅速发展。GaN基材料是直接带隙材料，可用于制备发光及光电器件，并且其禁带宽度可根据需求通过其同族三元、四元合金中Al和In的摩尔组分而连续可调。其中Al_xGa_{1- x}N材料的禁带宽度可通过调整Al的摩尔组分 x而实现禁带宽度从AlN的6.2 eV连续变化至GaN的3.4 eV，可覆盖深紫外至近紫外波段，在紫外、深紫外发光器件以及紫外、日盲光电探测器件等领域具有重要的应用价值。

因AlGaN是极性材料，具有很强的自发极化，因此在制备器件时则需要合理地利用其自发极化。而非极性AlGaN的自发极化方向垂直于生长方向，即极化方向平行于材料及器件的表面，更适合制备光电子器件，因此非极性AlGaN的制备迅速成为研究热点。因缺少合适的同质衬底，当前AlGaN基材料大多是在蓝宝石衬底上异质外延生长得到的，因AlGaN基材料与蓝宝石之间存在较强的晶格失配与热失配，因此异质外延生长的AlGaN通常具有较低的晶体质量并存在高密度的位错，这通常会严重影响制备出器件的性能及寿命。而非极性AlGaN因存在面内晶格失配和生长速度的各向异性，因此外延生长的非极性AlGaN的晶体质量会更差、位错密度会更高。因此，如何进一步提高非极性AlGaN的晶体质量并降低其位错密度便成为发展的关键。

为提高非极性AlGaN的晶体质量并降低其位错密度，通常是采用较通用的图形化蓝宝石衬底进行侧向外延生长或使用高质量、大厚度的AlN模板进行同质外延生长。但是，因为使用图形化蓝宝石衬底通常需要高达10μm的合并厚度（如图2所示的合并层202），这对于生长速度慢、成本高的AlGaN并不适用；而高质量、大厚度的AlN模板（如图3所示的AlN模板层302）同样是非常昂贵。因此，如何较低成本的获得高质量、低位错密度的非极性AlGaN便成为行业内亟待解决的关键问题。

上述问题的存在，严重制约着当前非极性AlGaN基紫外、深紫外发光器件和光电探测器件的发展，如何较低成本获得高质量、低位错密度的非极性AlGaN成为当前行业追求的目标，也是将非极性AlGaN基紫外、深紫外光电器件推向市场的关键所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高质量非极性AlGaN微纳复合结构及其加工方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：提供一种高质量非极性AlGaN微纳复合结构，其创新点在于：包括基底、柱状固体介质阵列结构和孔状非极性Al_xGa_1-xN层，所述孔状非极性Al_xGa_1-xN层设于基底上，所述柱状固体介质阵列结构镶嵌在孔状非极性Al_xGa_1-xN层内部并呈阵列分布。