CN110911274B - 一种iii族氮化物外延薄膜及其选区生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法，在图形化衬底的图形上方以转移的碳纳米管作为位错截止层，利用有周期性的碳纳米管阵列制备具有空间结构的复合衬底，通过一次生长完成微米图形诱导位错弯曲的过程和纳米多孔层实现位错截止的过程，有效降低位错，从而获得高质量III族氮化物外延薄膜。本发明工序简单、成本低廉，兼容性高，非常便于产业化应用。

Description

一种III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法
技术领域
本发明属于半导体光电子技术领域，涉及III族氮化物外延薄膜制备技术，尤其涉及一种在图形化衬底上以碳纳米管作为位错截止层的高质量III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法。
背景技术
III族氮化物在短波长光电子领域具有无可替代的巨大优势，但由于III族氮化物体单晶制备困难、价格高昂，商业可用的III族氮化物薄膜主要通过在异质衬底上进行外延来获得。
在常用的异质衬底中，蓝宝石衬底由于容易量产且价格低廉，是目前实验室研究和工业化生产中最广泛使用的衬底。但蓝宝石衬底与III族氮化物存在较大的晶格失配和热失配，导致较高的位错密度并显著影响器件的光电性能，特别是对下一代紫外发光器件。过去蓝光发光器件产业化过程中形成的两大主流外延技术——图形化衬底和侧向外延，只能将位错密度降低到～108/cm2的水平，而多次侧向外延、叠层掩膜等更精巧的外延技术，虽然能将位错密度降低到商用要求的～107/cm2，但这些技术往往需要多次的工艺过程甚至多次的外延生长，工序繁杂且成本较高，仍难以进行工业化应用。高位错密度带来紫外发光器件的效率瓶颈问题和散热问题，器件结温也随之升高，这又会造成发光强度和寿命的恶化，加之蓝宝石衬底的热导率相对较小、散热能力相对不强，器件散热的问题表现的尤其明显。以简单有效的方式降低外延结构中的位错密度乃至改善器件散热，同时兼顾技术实施的成本，成为短波长光电领域近年来关注的焦点。
碳纳米管为一种管状的碳分子，径向尺寸在纳米量级，轴向尺寸在微米量级，具有巨大的长径比，是典型的一维材料。其表面的碳原子以sp2杂化的C-C键相连，外壁光滑，无悬挂键，耐高温和常规酸碱，理化性质稳定。上述形貌和物性特点决定气相外延中的反应物和中间产物一般难以在碳纳米管上附着。此外，研究表明碳纳米管的轴向热导率在3000-6600W/mK,具有良好的导热性。作为较早发现的新型碳材料，碳纳米管目前已经可以宏量制备，成本较低，并且能够实现定向和转移。其制备流程仅涉及很少原料，反应进行的相对充分，残留的杂质浓度极低，满足半导体工业的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法，采用在图形化衬底的图形上方，以转移的碳纳米管作为位错截止层的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方式，获得高质量III族氮化物外延薄膜，工序简单、成本低廉，具有明显的技术优势。
本发明的核心是：为了解决短波长发光器件中高位错密度导致低光效、高产热及蓝宝石衬底带来的散热困难等一系列问题，本发明提出了一种在图形化衬底的图形上方以转移的碳纳米管作为位错截止层的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长方法及结构。借助有周期性的碳纳米管阵列，制备了一种具有特殊空间结构的复合衬底，一次生长便可组合“微米图形诱导位错弯曲”和“纳米多孔层实现位错截止”两个独立的有效降低位错的过程，从而可以获得高质量III族氮化物外延薄膜，工序简单、成本低廉，制备的器件的峰值内量子效率(表征电能转换为光能的效率)大幅提高，出光功率(相同工作电流下)、饱和电流及饱和光功率也随之大幅提高，高的电光转换效率也将降低器件产热。进一步，碳纳米管自身较强的散热能力也弥补了蓝宝石衬底在散热方面的不足。在减少产热的基础上提高散热可以显著降低器件结温，而结温的降低反过来也有利于电光转换效率的提高。本发明将改善晶体质量和改善散热的结构合二为一，一次工艺实现两种彼此相互促进的功能，相比于现有利用碳基等新材料单纯改善晶体质量(或单纯改善散热效果)的诸多复杂设计，本发明的上述结合可以起到“一加一大于二”的效果，而且结构更简单、更便于实施也更具成本优势。
本发明提供的技术方案是：
一种选区生长的高质量III族氮化物外延薄膜，包括：图形化衬底；在图形化衬底图形上方铺设的碳纳米管位错截止层，其由单层或多层碳纳米管薄膜构成，每一层碳纳米管薄膜为平行排列的碳纳米管阵列；在碳纳米管位错截止层的窗口中生长出来并最终合拢的III族氮化物外延薄膜。
图形化衬底可以选用包型、锥型及孔型等具有突起、凹陷或其他异形结构的图形化衬底，可包含由上述一种或几种图形以相同或不同分布形成的具有周期性微米尺度结构的衬底。
制备上述位错截止层时，首先生成碳纳米管薄膜：在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂，再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，再将其作为一层碳纳米管薄膜转移至图形化衬底的图形上。碳纳米管位错截止层由单层或多层碳纳米管薄膜构成，每层薄膜中的碳纳米管可以为单壁或者多壁、单根碳纳米管的直径在10～100nm之间。
本发明针对不同的图形化衬底，依据图形的不同及III族氮化物生长模式的不同选用不同的碳纳米管位错截止层。碳纳米管位错截止层可以包含单层或多层碳纳米管薄膜，因此可以根据实际需要，通过控制铺设的碳纳米管薄膜的层数来灵活而精确地控制截止层中窗口的尺寸和结构：铺设的层数越多，截止层中窗口的尺寸越小；单层碳纳米管薄膜为平行排列的碳纳米管阵列，而多层碳纳米管薄膜之间则能根据需要相互平行、垂直或交叉成锐角排列、从而可用多层碳纳米管薄膜构建出具有矩形、六角形、平行四边形等任窗口形状的截止层。
本发明中，碳纳米管位于图形化衬底图形上方。这种空间结构，意味着在III族氮化物外延生长的最初阶段，将由图形化衬底表面的微米级图形首先起到一次选区生长的作用：由于图形化衬底的不同晶面上III族氮化物的生长条件相差明显，例如c面和非c面上III族氮化物生长的条件即不能同时满足，故实际生长中可使成核岛主要分布在图形化衬底的图形之间，在成核岛长大的过程中会发生较为充分的侧向外延，自由表面的镜像力会促使III族氮化物中的穿透位错发生倾斜，倾斜程度较大的部分位错终止于与图形接触的III族氮化物表面，不再延伸，位错密度因而降低。而碳纳米管位错截止层位于图形化衬底图形的上方，意味着伴随侧向外延而长大的III族氮化物岛在接近图形顶端时，倾斜程度较小甚至基本没有因上述镜像力而倾斜的部分位错也有很大概率被高占空比的碳纳米管位错截止层截止，从位错截止层中大量纳米级窗口生长出来的III族氮化物将具有很高的晶体质量。碳纳米管层同时还提高了沿III族氮化物薄膜面内的热的扩散能力，增大了沿器件纵向的热扩散可利用的界面面积，使热量有更多通道散出器件。
本发明还提供一种高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法：在图形化衬底的图形上方以转移的碳纳米管作为位错截止层，利用有周期性的碳纳米管阵列制备具有特殊空间结构的复合衬底，通过一次生长完成微米图形诱导位错弯曲过程和纳米多孔层实现位错截止过程，有效降低位错，获得高质量III族氮化物外延薄膜；包括以下步骤：
1)选取图形化衬底:
可以选用包型、锥型及孔型等具有突起、凹陷或其他异形结构的图形化衬底，或由由上述一种或几种图形以相同或不同分布形成的具有周期性微米尺度结构的衬底。
2)在图形化衬底的图形上方以转移的碳纳米管作为位错截止层：生长碳纳米管薄膜，再在图形化衬底上铺设单层或者多层碳纳米管薄膜，形成碳纳米管位错截止层；
将已经生长好的碳纳米管薄膜从其生长的衬底上剥离，然后依据需要在图形化衬底上铺设单层或者多层碳纳米管薄膜，形成碳纳米管位错截止层，每一层碳纳米管均为平行排列的碳纳米管阵列，而多层碳纳米管薄膜之间可排列成各种形状，如相互平行、垂直或交叉成锐角排列、从而用多层碳纳米管薄膜构建出具有矩形、六角形、平行四边形等具有任意窗口形状的碳纳米管位错截止层。
制备上述位错截止层时，首先在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂，再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，再将其作为一层碳纳米管薄膜转移至图形化衬底的图形上。碳纳米管位错截止层由单层或多层碳纳米管薄膜构成，每层薄膜中的碳纳米管可以为单壁或者多壁、单根碳纳米管的直径在10～100nm之间。
3)在铺设了碳纳米管位错截止层的图形化衬底上，生长III族氮化物外延薄膜：
可采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氢化物气相外延(HVPE)等方法来生长III族氮化物外延薄膜。在采用MOCVD高温生长III族氮化物外延薄膜时，以氢气、氮气或两者的混合气体作为载气、以III族金属有机物作为III族源，其流量为10～500sccm,以氨气作为V族源，其流量为10～10000sccm,III族源和V族源的摩尔流量比(简称V/III，即单位时间内送入反应室的III族源的粒子数与V族源的粒子数的比)在50～8000之间，温度在800～1100℃之间，压强在50～500Torr之间。通过改变生长时间，可以生长出厚度在10nm～10μm之间的高质量III族氮化物外延薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供一种在图形化衬底上以碳纳米管作为位错截止层的高质量III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法，具有以下方面的技术优势，包括：
(1)本发明将微米图形诱导位错弯曲和纳米多孔层直接进行截止两个独立的有效降低位错的过程级联起来；以更简单的工序和更低的成本将III族氮化物外延膜的位错密度降低到～107/cm2,破解了多次侧向外延、叠层掩膜等传统方案只能通过位错间相互作用来湮灭倾斜程度较小的部分位错、而且效率较低的问题；可满足各类商用III族氮化物光电器件对晶体质量的要求。
(2)相比于晶圆键合、倒装并增加金属或碳基散热层的传统III族氮化物器件热管理技术，本发明将位错控制结构和可选的散热结构合二为一，一次工艺达成“高质量高效率降低产热”和“快散热降结温提高效率”两个相互促进的效果，实现更简单更有效的热管理。
(3)本发明适用于各类商用图形化衬底，采用的碳纳米管可宏量制备且价格低廉，整个流程不需要其他特殊材料或特殊工序，因而与现有的产线设备及工艺流程良好兼容，非常便于产业化应用。
附图说明
图1为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的一种实施例：圆包型图形化衬底和在圆包图形上方以两层内部彼此平行、相互之间彼此正交的碳纳米管层作为位错截止层的复合衬底的示意图；
图2为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法中，组合“微米图形诱导位错弯曲”和“纳米多孔层实现位错截止”两个独立的有效降低位错的过程的示意图；
图3为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法中，根据广泛采用的阴极荧光法测量III族氮化物外延薄膜的位错密度的原始结果；
图4为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜中，碳纳米管层将III族氮化物薄膜中靠近后续外延的n型层的n电极的位置所聚集的热量迅速且相对均匀地扩展到整个碳纳米管层的示意图；
图5为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜中，基于该薄膜制备的发光二极管的光功率和结温的测量结果；
图6为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的一种实施例：三棱锥型图形化衬底和在三棱锥图形上方以三层内部彼此平行、相互之间彼此夹角为60度的碳纳米管层作为位错截止层的复合衬底的示意图；
图7为本发明的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的一种实施例：由蓝宝石衬底，其上具有长条型图形的氮化铝层，和位于长条型图形上方一层彼此平行且沿垂直于长条方向的碳纳米管共同组合成的复合衬底的示意图；
在图1～2、4、6～7中，1为衬底；2为图形；3为图形间的空隙；41、42、43分别为图形上方第一、二、三层碳纳米管薄膜，组成位错截止层；5为碳纳米管位错截止层中的窗口；
在图2中，6为图形间空隙中的成核岛；7为穿透位错；8为碳纳米管及包裹碳纳米管的孔洞；
在图2、4中，9为高质量III族氮化物外延薄膜；10为III族氮化物外延薄膜上的n型III族氮化物外延层；11为n型III族氮化物外延层上的n电极；12为器件发光过程中的电流；13为电流产生的热流。
具体实施方式
本发明提供一种在图形化衬底上以碳纳米管作为位错截止层的高质量III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法，下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例一
在本实施例中，复合衬底包括圆包型图形化衬底和在圆包图形上方具有两层内部彼此平行、相互之间彼此正交的碳纳米管层的位错截止层。
本实施例的高质量III族氮化物外延薄膜及其选区生长方法包括以下内容：
1)制备复合衬底：
a)在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂，再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，其中的碳纳米管为多壁碳纳米管、单根碳纳米管的直径在50nm左右。
b)将已经生长好的碳纳米管薄膜从其生长的衬底上剥离。如图1所示，在圆包型图形化衬底1图形2(高1.5μm，直径3μm，图形间距0.5μm)的上方铺设一层内部彼此平行的碳纳米管41,方向平行于衬底的参考边。
c)类似地，在第一层碳纳米管的上方铺设第二层碳纳米管42，内部碳纳米管彼此平行，方向垂直于衬底的参考边。
2)基于复合衬底生长高质量氮化镓外延膜，形成图2中高质量III族氮化物外延薄膜9：
a)以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为4200，温度为1030℃，压强为300Torr。控制生长时间，生长出厚度为1μm的高质量III族氮化物外延薄膜9.
b)在生长过程中，如图2所示，氮化镓首先在衬底图形的间隙3间形成成核岛6，岛中间包含高密度的穿透位错7。在成核岛后续长大合拢的过程中，发生侧向外延，倾斜侧面产生镜像力诱导部分穿透位错的方向发生明显偏转，随着成核岛不断长大，最终这些明显偏转了方向的位错终止于与图形2接触的III族氮化物表面，不再延伸。没有被明显偏转方向的位错，其中的大部分在成核岛接近图形2顶端时也会被高占空比的碳纳米管41,42(本质上是被形成的包裹碳纳米管的孔洞截止)，仅有少部分穿透位错能够经过碳纳米管构成的位错截止层中的窗口区域5，继续向上延伸，经过上述过程即获得了高质量III族氮化物外延薄膜9，厚度2.5μm,位错密度3.5×107/cm2(根据广泛采用的阴极荧光法测量，测量原始结果如图3所示).
实施例二
在本实施例中，以实施例一演示的高质量III族氮化物外延薄膜9为模板继续外延制备图4中所示的短波长发光器件
1)在外延薄膜9上外延n型III族氮化物外延层10如图4所示。以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为4200，MOCVD生长的温度为1020℃，压强为300Torr.n型GaN层的厚度在1.5μm，n型载流子采用硅元素掺杂，电子浓度为1018/cm3.
2)n型III族氮化物外延层上外延有15个周期的量子阱。每个量子阱结构由阱区及垒区组成，其中所述阱区为GaN材料，以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为4200，MOCVD生长的温度为1010℃，压强为300Torr,阱区厚度为5nm；其中所述垒区为AlGaN材料，以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,铝源流量为45sccm，以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为3500，MOCVD生长的温度为1010℃，压强为300Torr,垒区厚度为100nm.
3)然后外延p型GaN材料，以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为4200，MOCVD生长的温度为1000℃，压强为100Torr.p型区厚度为500nm,掺杂采用Mg元素，空穴浓度为1018/cm3.
4)最后利用光刻、电子束蒸发和合金等LED常规制备技术，分别在p型GaN和被暴露出来的n型GaN上制备电极(11为n电极)，电极金属材料为Ti/Al/Ni/Au,厚度为200nm.通过激光划片制备成300μm×300μm大小的芯片，再进行封装.
5)得益于晶体质量的提高，300mA下出光功率提高约36.6％(如图5所示)，进一步的深入分析表明峰值内量子效率增长率达58.2％.饱和电流提高38％,饱和光功率提高89％.在器件发光过程中，电流12主要聚集在n电极11附近，大部分焦耳热13也在此处产生，随后从此处向下经高质量III族氮化物外延薄膜9和衬底1传递到器件外部。由于碳纳米管层构成的位错截止层4的存在，相比于没有这一层时，大部分焦耳热13能够迅速且相对均匀地扩展到整个碳纳米管层4，因此也增大了沿器件纵向的热扩散可利用的界面面积，使热量有更多通道通过n电极11、n型层10、III族氮化物薄膜9、碳纳米管层4、衬底1这条纵向路径散出器件，实测器件结温平均下降10℃(如图5所示)。
部分实测数据如图
实施例三
在本实施例中，复合衬底包括三棱锥型图形化蓝宝石衬底和在三棱锥上方具有三层内部彼此平行、相互之间彼此夹角60度的碳纳米管层的掩模层.三棱锥型图形化衬底相比于圆包型图形化衬底在提高光电器件光提取效率方面更有优势，但在降低位错密度方面逊于后者，本实施例将其与碳纳米管位错截止层结合备出的复合衬底可克服这方面的不足。
本实施例的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长方法包括以下步骤：
1)制备复合衬底：
a)在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂，再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，其中的碳纳米管为单壁碳纳米管、单根碳纳米管的直径在10nm左右。
b)将已经生长好的碳纳米管薄膜从其生长的衬底上剥离，如图6所示，在三棱锥型图形化衬底1图形2(高1.5μm，底面边长2.6μm，图形间距0.5μm)的上方铺设一层内部彼此平行的碳纳米管41,方向平行于衬底的参考边。
c)类似地，在第一层碳纳米管的上方铺设第二层碳纳米管42，内部碳纳米管彼此平行，方向沿顺时针与衬底的参考边夹角60度。
d)类似地，在第二层碳纳米管的上方铺设第三层碳纳米管43，内部碳纳米管彼此平行，方向沿顺时针与衬底的参考边夹角120度。
2)基于复合衬底生长高质量氮化镓外延膜，形成高质量III族氮化物外延薄膜：
a)以氢气、氮气作为载气、镓源流量为28sccm,以氨气作为V族源，其流量为5500sccm,V/III为4100，温度为1030℃，压强为300Torr。控制生长时间，生长出厚度为1μm的高质量III族氮化物外延薄膜.
b)在生长过程中，穿透位错的降低方式与实施例一类似。
3)后续也可以类似实施例二制备器件。
实施例四
在本实施例中，复合衬底包括硅衬底、硅衬底上刻蚀出长条型图形的氮化铝层和在长条上方具有一层内部彼此平行的碳纳米管层的位错截止层。预先沉积氮化铝的硅衬底有希望在电子器件外延制备中充当III族氮化物的衬底，但在这种衬底上进行III族氮化物外延时位错控制更为困难，本实施例将其与碳纳米管位错截止层结合制备出的复合衬底可克服这方面的不足。
本实施例的高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长方法包括以下步骤：
1)制备复合衬底：
a)在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂，再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，其中的碳纳米管为多壁碳纳米管、单根碳纳米管的直径在100nm左右。将已经生长好的碳纳米管薄膜从其生长的衬底上剥离
b)将商用硅衬底1经氢氟酸、去离子水清洗，送入MOCVD反应室生长(或通过磁控溅射等其他常见镀膜手段沉积)一层氮化铝，以保护硅衬底在后续生长中不被III族或V族源破坏，MOCVD生长时以氢气、氮气作为载气，铝源流量为45sccm，以氨气作为V族源，其流量为1000sccm,V/III为2900，MOCVD生长的温度为1090℃，压强为200Torr.生长完毕并降温后采用传统的平面工艺经刻蚀制备出长条型图形2(高1.5μm，底面边长2.5μm，图形间距5μm)如图7所示，在图形的上方铺设一层内部彼此平行的碳纳米管41,方向垂直于长条延伸的方向。
2)基于复合衬底生长高质量氮化镓外延膜，形成高质量III族氮化物外延薄膜：
a)以氢气、氮气作为载气、镓源流量为25sccm,以氨气作为V族源，其流量为5000sccm,V/III为4200，温度为1030℃，压强为300Torr。控制生长时间，生长出厚度为1μm的高质量III族氮化物外延薄膜.
b)在生长过程中，穿透位错的降低方式与实施例一类似。
3)后续也可以类似实施例二制备器件。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，在图形化衬底的图形顶端以转移的碳纳米管作为位错截止层，利用有周期性的碳纳米管阵列制备具有空间结构的复合衬底，通过一次生长完成微米图形诱导位错弯曲的过程和纳米多孔层实现位错截止的过程，有效降低位错，从而获得高质量III族氮化物外延薄膜；包括以下步骤：
1)选取图形化衬底:所述图形化衬底为具有周期性微米尺度结构的衬底；具体是选取包型、锥型或孔型的图形化衬底；所述图形化衬底具有异形结构包括突起、凹陷；
2)生长碳纳米管薄膜；
所述生长碳纳米管薄膜具体是：在碳纳米管阵列的生长衬底上，通过电子束蒸发沉积一层排列整齐、尺寸均匀的纳米级铁粉作为催化剂；再通过低压化学气相沉积方法，在低压和高温下以乙炔作为碳源，生长出由平行排列的碳纳米管组成的阵列，作为一层碳纳米管薄膜；
再在图形化衬底顶端铺设单层或者多层碳纳米管薄膜，形成碳纳米管位错截止层；
通过碳纳米管位错截止层包含的碳纳米管薄膜的层数控制截止层中窗口的尺寸和结构；
3)在铺设碳纳米管位错截止层的图形化衬底上，生长得到厚度为10nm～10μm的高质量III族氮化物外延薄膜。
2.如权利要求1所述高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，其特征是，步骤2)在图形化衬底上铺设单层或者多层碳纳米管薄膜，每一层碳纳米管均为平行排列的碳纳米管阵列。
3.如权利要求1所述高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，其特征是，步骤2)中，针对不同的图形化衬底，依据图形的不同及III族氮化物生长模式的不同选用不同的碳纳米管位错截止层。
4.如权利要求1所述高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，其特征是，步骤2)中，多层碳纳米管薄膜排列成相互平行、垂直或交叉成锐角；排列成的形状包括矩形、六角形或平行四边形。
5.如权利要求1所述高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，其特征是，步骤3)采用金属有机物化学气相沉积MOCVD、分子束外延MBE或氢化物气相外延HVPE方法生长III族氮化物外延薄膜。
6.如权利要求5所述高质量III族氮化物外延薄膜的选区生长的方法，其特征是，采用MOCVD方法高温生长III族氮化物外延薄膜时，以氢气、氮气或两者的混合气体作为载气；以III族金属有机物作为III族源，流量为10～500sccm,；以氨气作为V族源，流量为10～10000sccm；V/III在50～8000之间，温度在800～1100℃之间，压强在50～500Torr之间。
7.一种利用如权利要求1～6任一项所述方法选区生长得到的高质量III族氮化物外延薄膜，包括：
图形化衬底；
在图形化衬底顶端铺设的碳纳米管位错截止层，由单层或多层碳纳米管薄膜构成，每一层碳纳米管薄膜为平行排列的碳纳米管阵列；
在碳纳米管位错截止层的窗口中生长出来并最终合拢的III族氮化物外延薄膜。
8.如权利要求7所述的选区生长的高质量III族氮化物外延薄膜，其特征是，所述图形化衬底为包型、锥型或孔型；或/和，所述图形化衬底可具有异形结构包括突起、凹陷；所述图形化衬底包括由上述一种或几种图形以相同或不同分布形成的具有周期性微米尺度结构的衬底。
9.如权利要求7所述的选区生长的高质量III族氮化物外延薄膜，其特征是，每层碳纳米管薄膜中的碳纳米管可为单壁或多壁；单根碳纳米管的直径为10～100nm；和/或，多层碳纳米管薄膜排列成相互平行、垂直或交叉成锐角；排列成的形状包括矩形、六角形或平行四边形。
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