[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

说明书

本发明涉及一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列及其制备方法，该制备方法包括步骤：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蓝宝石衬底进行退火处理，形成AlON矩形纳米阵列框架；S3、在AlON矩形纳米阵列框架上生长AlN；S4、对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，AlON矩形纳米阵列嵌入蓝宝石衬底，AlN高温保护层位于AlON矩形纳米阵列上和蓝宝石衬底上；S5、在AlN高温保护层上制备HVPE‑AlN保护层。该制备方法制备得到了一种既保证蓝宝石衬底表面原子级光滑平整又可以稳定提升AlN材料质量和衬底出光效率的微/纳米结构蓝宝石图形化衬底。

技术领域

本发明属于宽禁带半导体技术领域，具体涉及一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列及其制备方法。

背景技术

现有技术中，制备低位错密度的AlN/AlGaN材料是开发紫外光通讯器件、日盲区紫外探测器、深紫外LED器件以及深紫外激光器的基础。但是由于制备AlN单晶衬底设备昂贵，所以现有深紫外LED器件中AlN/AlGaN材料一般都是在蓝宝石等衬底上进行异质外延。

蓝宝石衬底与AlN薄膜间存在巨大的晶格失配与热失配，这在很大程度上限制了AlN材料质量的进一步提升。特别是，对于生长在异质蓝宝石衬底上的AlN基深紫外发光二极管(light-emitting diode，LED)来说，蓝宝石衬底除了会降低AlN材料质量之外，还严重影响了深紫外LED器件的出光效率。

目前，深紫外LED器件中已经应用了多种槽形、半球形、圆锥形和六边形微/纳米结构图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)提高深紫外LED器件性能。但是这些图形化蓝宝石衬底(PSS)上图案为经过干法刻蚀或者湿法刻蚀等工艺进行制作的图案，这会导致在后续AlN材料生长过程中产生缺陷和应变弛豫；而且，槽形、半球形、圆锥形和六边形微/纳米结构图形化蓝宝石衬底(PSS)的制作过程中对于原有蓝宝石衬底表面有一定破坏。

因此，LED行业尤其是深紫外LED器件中迫切需要提供一种既保证蓝宝石衬底表面原子级光滑平整又可以稳定提升AlN材料质量和衬底出光效率的微/纳米结构蓝宝石图形化衬底。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于蓝宝石衬底的AlON矩形纳米阵列的制备方法，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个实施例中，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^°。

在本发明的一个实施例中，步骤S2包括：