[发明专利]一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在蓝宝石衬底的表面进行氮离子注入；

S2、对经过氮离子注入的所述蓝宝石衬底进行退火处理，形成AlON矩形纳米阵列框架；

S3、在所述AlON矩形纳米阵列框架上生长AlN；

S4、对所述AlN进行原位高温退火，形成AlN高温保护层和AlON矩形纳米阵列，其中，所述AlON矩形纳米阵列嵌入所述蓝宝石衬底，所述AlN高温保护层位于所述AlON矩形纳米阵列上和所述蓝宝石衬底上；

S5、在所述AlN高温保护层上制备HVPE-AlN保护层。

2.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：

将所述蓝宝石衬底的表面温度降低至70K，然后在所述蓝宝石衬底的表面进行氮离子注入。

3.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，氮离子注入时离子束与所述蓝宝石衬底的法线方向之间的夹角为0.5°～2.5°。

4.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：

利用低温脉冲激光外延生长装置，在反应室真空度小于等于10^-7Torr、反应室温度为550-950℃的条件下对经过氮离子注入的所述蓝宝石衬底保温5min，形成AlON矩形纳米阵列框架。

5.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤S3包括：

利用低温脉冲激光外延生长装置，在反应室温度为560-770℃、反应室压力为3mTorr、脉冲直流功率为20-100W、脉冲占空比为7-10％的条件下，以Al金属靶为Al源、N₂O为氮源，在所述AlON矩形纳米阵列框架上溅射生长5-20nm厚的AlN。

6.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤S4包括：

利用高温氢化物气相沉积装置，将样品在1350-1650℃氮气和氢气氛围中保温3～5h以进行原位高温退火，形成所述AlN高温保护层和所述AlON矩形纳米阵列。

7.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，所述AlON矩形纳米阵列包括若干与所述蓝宝石衬底上表面平行相切的AlON矩形结构，相邻两个所述AlON矩形结构之间的间隔范围为10～680nm，所述AlON矩形结构的宽度范围为10-80nm，所述AlON矩形结构的垂直方向高度范围为10-150nm。

8.根据权利要求1所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，其特征在于，步骤S5包括：

利用高温氢化物气相沉积装置，在反应室温度为1175-1315℃、HCl流量为36-44cm³/min、NH₃和HCl流量比为0.25-0.85的条件下，在所述AlN高温保护层上生长HVPE-AlN保护层。

9.一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列，其特征在于，采用如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得，所述基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列包括蓝宝石衬底、AlON矩形纳米阵列、AlN高温保护层和HVPE-AlN保护层，其中，

所述AlON矩形纳米阵列嵌入所述蓝宝石衬底，所述AlN高温保护层位于所述AlON矩形纳米阵列上和所述蓝宝石衬底上，所述HVPE-AlN保护层位于所述AlN高温保护层上。

10.根据权利要求9所述的基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列，其特征在于，所述AlON矩形纳米阵列包括若干与所述蓝宝石衬底上表面平行相切的AlON矩形结构，相邻两个所述AlON矩形结构之间的间隔范围为10～400nm，所述AlON矩形结构的宽度范围为10-80nm，所述AlON矩形结构的垂直方向高度范围为10-150nm。