本发明属于半导体光电，特别涉及一种利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法。
背景技术：
1、algan作为三元合金，通过调整al组分可实现其直接带隙在3.42-6.20ev范围内变化，algan材料被广泛应用于紫外线光电探测器、发光二极管和激光二极管器件。高al含量会使algan外延层的晶体质量发生恶化，在生长过程中，algan产生的双轴张应变会导致al的掺入率低。这限制了对algan薄膜高al含量和结晶质量的研究。由于蓝宝石衬底与外延层间存在较大的晶格失配和热膨胀失配，以及al的表面迁移率较低，在蓝宝石衬底上生长高al组分的algan是很大的挑战。因此，可以考虑高温生长gan或aln层作为应变弛豫层，以提升氮化物材料的结构性能。此外，algan/gan异质结材料的结晶质量会影响其电学性能，这与材料的层结构和生长过程密切相关。穿透位错被称为漏电流路径，会降低电子迁移率，从而显著降低gan基器件的性能。
技术实现思路
1、针对上述技术难题，本发明提供一种利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法。通过在图案化蓝宝石衬底上生长alxga1-xn异质结材料，调节al组分含量以制得低穿透位错密度和内应力的外延层，从而改善器件的光学和电学性能。
2、本发明的目的通过如下技术方案实现：
3、一种利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，包括以下步骤：
4、1)制备图案化蓝宝石衬底；
5、2)在图案化蓝宝石衬底上外延生长低温gan缓冲层；
6、3)在低温gan缓冲层上外延生长高温gan一次外延层；
7、4)在高温gan一次外延层上外延生长alxga1-xn外延层。
8、优选的是，步骤1)所述的图案化蓝宝石衬底由c面蓝宝石经过图案化制得，图案化类型为圆锥状、柱状、碗状、孔状、台阶状中的任意一种，图案按周期性分布，图案间隔1-5μm，图案深度为0.2-10μm。
9、优选的是，所述的柱状为圆柱或多棱柱，碗状为圆墩或棱墩，孔状为圆孔或多棱孔，台阶状为棱台或锥台。
10、优选的是，步骤2)所述的低温gan缓冲层生长温度为500-900℃，升温速率为0.1-2℃/s，ⅴ/ⅲ比为2500-4500，氨气流量控制为500-3000sccm，沉积厚度为0.2-0.4μm。
11、优选的是，步骤3)所述的高温gan一次外延层由第一gan层和第二gan层交替生长形成，交替周期数为1-100。
12、优选的是，第一gan层的生长条件为：生长温度为1000-1050℃，v/iii比800-1800，氨气流量为0.1-1000sccm，厚度为50-200nm。
13、优选的是，第二gan层的生长条件为：生长温度为1050-1200℃，氨气流量为1000-50000sccm，v/iii比4000-6500，厚度为5-50nm。
14、优选的是，步骤4)所述的alxga1-xn外延层生长使用的tmal流速为9.8-60μmol/min，生长温度为1000-1100℃，生长厚度50-500nm。
15、优选的是，步骤4)所述alxga1-xn外延层生长反应器的压力为32.5-98.2torr。
16、本发明提供了一种通过衬底多类型的图案化策略，降低外延层的穿透位错密度，并通过调节层生长温度和流量控制进一步得到高质量的gan中间层。在高温gan生长的初始阶段，以低v/iii比提高横向生长速率可以增大3d成核岛的尺寸、减少岛的密度，有利于实现岛间合并，转为准二维的生长模式。在alxga1-xn/gan异质结构场效应晶体管中，al摩尔分数的增加意味着二维电子气密度和通道中载流子浓度的增加。对于较大的2deg密度，可以简单地增加alxga1-xn层的al摩尔分数，因为大多数载流子是由应变alxga1-xn势垒的压电极化诱导的。通过改变三甲基铝流速与生长温度，实现对高al组分alxga1-xn外延层的质量提升制备。
1.一种利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，步骤1)所述的图案化蓝宝石衬底由c面蓝宝石经过图案化制得，图案化类型为圆锥状、柱状、碗状、孔状、台阶状中的任意一种，图案按周期性分布，图案间隔1-5μm，图案深度为0.2-10μm。
3.根据权利要求2所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，所述的柱状为圆柱或多棱柱，碗状为圆墩或棱墩，孔状为圆孔或多棱孔，台阶状为棱台或锥台。
4.根据权利要求1所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，步骤2)所述的低温gan缓冲层生长温度为500-900℃，升温速率为0.1-2.0℃/s，ⅴ/ⅲ比为2500-4500，氨气流量控制为500-3000sccm，沉积厚度为0.2-0.4μm。
5.根据权利要求1所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，步骤3)所述的高温gan一次外延层由第一gan层和第二gan层交替生长形成，交替周期数为1-100。
6.根据权利要求5所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，第一gan层的生长条件为：生长温度为1000-1050℃，v/iii比800-1800，氨气流量为0.1-1000sccm，厚度为50-200nm。
7.根据权利要求5所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，第二gan层的生长条件为：生长温度为1050-1200℃，氨气流量为1000-50000sccm，v/iii比4000-6500，厚度为5-50nm。
8.根据权利要求1所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，步骤4)所述的alxga1-xn外延层生长使用的tmal流速为9.8-60μmol/min，生长温度为1000-1100℃，生长厚度50-500nm。
9.根据权利要求8所述的利用图案化蓝宝石衬底调控的高光电性能alxga1-xn外延层制备方法，其特征在于，步骤4)所述alxga1-xn外延层生长反应器的压力为32.5-98.2torr。
