GaN生长层)，所述插入层为低温AlN层或低温SiNJl，所述插入层的单层厚度为1nm?20nm，所述插入层的层数彡I层，且每个插入层下方的GaN生长层的厚度为500nm?100nm0
[0019]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的生长方法，包括以下步骤:将Si衬底置于MOCVD反应装置中，先制备上述的AlN模板或者上述的AlN模板的生长方法制得的AlN模板，然后制备AlxGa1 XN应力缓冲层、超晶格过渡层和周期性交替排列的GaN生长层与插入层，得到基于AlN模板的Si基GaN外延结构。
[0020]上述的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的生长方法中，优选的，所述AlxGa1 XN应力缓冲层和超晶格过渡层的生长温度均控制在1050 °C?1200 °C范围内，压力均控制在30Torr?150Torr范围内；所述GaN生长层的生长温度控制在1000°C?1100°C范围内，压力控制在150Torr?300Torr范围内；所述插入层的生长温度控制在600°C?1000°C范围内，压力控制在30Torr?200Torr范围内。
[0021]本发明的AlN模板中，成核控制层和稳定生长层具有前后生长的延续性。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、本发明的AlN模板及其生长方法通过AlN成核和生长的精密控制，可在Si基GaN的适宜工艺温度范围内，实现AlN的二维生长，具有较低的表面粗糙度和缺陷密度。高质量的AlN模板层为较高铝组分、较厚厚度以及多个不同作用的应力调控结构的生长提供了良好的基础。
[0023]2、本发明的基于AlN模板的Si基GaN外延结构以及生长方法充分考虑了 A1N、AlGaN、GaN在不同生长底部条件和特定生长条件下的生长模式和质量，以及在此基础上形成的各功能层对于Si基GaN外延的应力调控和位错控制作用及其适宜的生长顺序，强化了应力调控和位错控制的效果，通过对晶格失配和热失配的有效抑制，本发明可以稳定地在MOCVD设备上实现大尺寸Si基GaN的无裂纹、低缺陷密度外延生长，GaN的生长厚度和晶体质量满足HEMT、LED等器件的制备要求。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的结构示意图。
[0025]图2为本发明实施例1的AlN模板的扫描探针显微图片(二维图)。
[0026]图3为本发明实施例1的AlN模板的扫描探针显微图片(三维图)。
[0027]图4为本发明实施例2的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的扫描探针显微图片(二维图)。
[0028]图5为本发明实施例2的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的扫描探针显微图片(三维图)。
【具体实施方式】
[0029]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0030]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0031]实施例1:
一种本发明的AlN模板，生长于Si衬底上，包括成核控制层和稳定生长层，该AlN模板无微裂纹，厚度为200nm，表面粗糙度为1.4nm，无柱状晶或孔洞型缺陷。
[0032]—种上述本实施例的AlN模板的生长方法，采用4英寸Si (111)晶圆衬底，外延生长AlN模板层，包括以下步骤:
(I)将Si衬底置于MOCVD反应器中，在1060°C下、H2环境中进行高温烘烤，去除表面杂质。
[0033](2)反应室气氛变换为比/队混合气氛，其中H2/N2的流量比例为7: 3 (该步骤为常规操作，反应室气氛也可采用纯H2或纯N2，根据所选具体MOCVD反应器的要求不同而不同)。将反应室的压力控制在50Torr，将晶片温度升至1150 °C，单独通入TMAl源，持续12s，TMAl流量为120SCCm，在硅衬底表面沉积岛状结构的金属Al层，得到带Al岛的硅衬底。
[0034](3)停止TMAl源通入，保持步骤(2)的温度、压力和H2/N2气氛，持续15s，对带Al岛的硅衬底进行原位退火。
[0035](4)在同样的温度、压力和比/队气氛下单独通入NH 3，持续10s，NH3流量为1.85slm，使Al岛表面生成A1N，得到成核控制层，作为后续生长的成核中心。
[0036](5)在同样的温度、压力和比/队气氛下同时通入TMAl和NH 3，TMAl流量为400sccm，NH3流量为1.85slm，保持0.5h，进行AlN稳定生长层的生长，得到Si衬底上的AlN模板。
[0037]本实施例中，还可以优选在进行步骤(5)时向反应装置中通入Ga源，Ga源与步骤(5)中TMAl的摩尔流量比小于5%。
[0038]经检测，本实施例制备所得的AlN模板厚度为200nm，X射线衍射测试(002)面摇摆曲线的半高宽为130arcSec，表明AlN的晶体质量良好，AFM微观形貌测试如图2和图3所示，结果表示样品表面平整，无柱状或孔洞缺陷，呈现良好的二维生长状态，表面粗糙度仅为1.4nm。
[0039]实施例2:
一种本发明的基于AlN模板的Si基GaN外延结构(如图1示意所示，图1为本发明的Si基GaN外延结构的示意图之一，本实施例是其中的一种情况)该基于AlN模板的Si基GaN外延结构包括由下至上依次层叠的Si基体、AlN模板层、AlxGa1 XN应力缓冲层、超晶格过渡层和周期性交替排列的GaN生长层与插入层，AlN模板层是由实施例1的生长方法制得的AlN模板构成，AlN模板层的厚度为160nmo
[0040]本实施例中，AlxGa1 XN应力缓冲层包含3层具有不同Al原子百分数的AlxGa1 XN子层，自下而上首层AlxlGa1 xlN子层的Al原子百分数X1S 75%，厚度为200nm，第二层Alx2Ga1 x2N子层的Al原子百分数X2值为50%，厚度为240nm，末层Al ^Ga1 x3N子层的Al原子百分数X3为25%，厚度为280nm，各子层的叠加总厚度为720nmo
[0041]本实施例中，超晶格过渡层为AlyGa1 yN层与GaN层交替排列的周期性结构，其中，I值为50%。第一层GaN生长于AlxGa1 XN应力缓冲层上(但本发明并不局限于此，AlyGa1 yN层也可以先生长于AlxGa1 XN应力缓冲层上)。在单个周期内，AlyGa1 yN层和GaN层的单层厚度分别为2nm和4nm，超晶格过渡层的周期数为30pairs。
[0042]本实施例中，周期性交替排列的GaN生长层与插入层中，GaN生长层共3层，插入层共2层，其中第一层GaN生长层生长于超晶格过渡层上，第三层GaN生长层位于最上层。插入层为低温AlN层，插入层的单层厚度均为10nm，第一、二、三层GaN生长层的厚度分别为600nm、700nm 和 800nm。
[0043]—种上述本实施例的基于AlN模板的Si基GaN外延结构的生长方法，采用4英寸Si (111)衬底，外延生长GaN材料，包括以下步骤:
(I)将Si衬底置于MOCVD反应器中，按照实施例1的方法在Si衬底上生长底部AlN模板层，将AlN模板层的生长厚度控制在160nm。
[0044](2)将温度降至1100°C，压力为50Torr，生长第一层AlxlGa1 xlN子层，其中X1值为75%，厚度为 200nm。
[0045](3)在同样的温度(1100°C)和75Torr压力下，生长第二层Alx2Ga1 x2N子层，其中X2值为50%，厚度为240nmo
[0046](4)在同样的温度和10Torr压力下，生长第三层Alx3Galx3N子层，其中X3值为25%，厚度为 280nm。
[0047](5)在同样的温度和10Torr压力下，生长AlyGa1 yN/GaN超晶格过渡层，其中y值为50%，在单个周期内，AlyGa1 yN层和GaN层的单层厚度分别为2nm和4nm，生长周期数为30pairso
[0048](6)温度降为1050 °C、压力200Τοα条件下