CN115101639A - InGaN基光电子器件的复合衬底及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种InGaN基光电子器件的复合衬底及其制备方法和应用。InGaN基光电子器件的复合衬底包括：晶体基底；AlN过渡层，位于晶体基底上，AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成；以及GaN过渡层，位于AlN过渡层上，GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续。上述InGaN基光电子器件的复合衬底中，AlN过渡层和GaN过渡层组成复合过渡层，可以调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。此外，本发明还涉及上述InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法、InGaN基光电子器件的模板及其制备方法。

Description

InGaN基光电子器件的复合衬底及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光电子器件技术领域，特别是涉及一种InGaN基光电子器件的复合衬底及其制备方法和应用。
背景技术
InGaN材料对应的波长范围从红外波段延伸至紫外波段连续可调，同时InGaN材料兼具直接带隙、电子迁移率高、机械和化学稳定性好、抗辐射性能和温度特性优良等优势，因此在光电子领域受到了广泛的关注。近年来，InGaN材料在固态照明、紫外杀菌、可见光通讯和LED显示等领域取得了巨大的成功。然而InGaN基光电子器件中，随着In组分的逐渐提高，InGaN材料的晶体质量急剧下降，高In组分InGaN材料的应用受到了极大的限制。
高质量高In组分InGaN材料的制备仍然十分困难，主要原因是：一、缺少晶格匹配的衬底，目前InGaN材料主要在GaN衬底或模板上通过外延的方法制备，外延层和衬底之间的晶格失配不仅会产生大量的失配位错，还会在InGaN薄膜和量子结构的外延过程中引入巨大的压应力；二、随着In组分的增加，InGaN材料的生长温度逐渐降低，导致氨气裂解效率不足，并且原子在衬底表面迁移距离不足，使得高In组分InGaN材料的外延晶体质量变差。
提高InGaN基光电子器件中InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量的关键在于提高In原子并入效率，继而提升InGaN材料的外延生长温度。理论计算表明，当GaN衬底或模板处于微弱张应力状态时，In原子的并入效率最高。国际上已经提出了多种方案用于释放GaN异质外延薄膜中的压应力，如二维材料过渡层、多孔GaN模板、InGaNOS模板等，实验结果也证明通过释放GaN薄膜中存在的压应力，高In组分InGaN材料的晶体质量得到显著改善。然而，这些方法工艺复杂、成本昂贵、与现有InGaN材料的制备方法不完全兼容，因此还停留在实验室研发阶段，距离实际应用仍然有一段距离。
发明内容
基于此，有必要针对如何提高InGaN基光电子器件中In组分的并入效率的技术问题，提供一种InGaN基光电子器件的复合衬底及其制备方法和应用。
一种InGaN基光电子器件的复合衬底，包括：
晶体基底；
AlN过渡层，位于所述晶体基底上，所述AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成；以及
GaN过渡层，位于所述AlN过渡层上，所述GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且所述GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是所述AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续。
上述InGaN基光电子器件的复合衬底中，AlN过渡层和GaN过渡层组成复合过渡层，可以调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
在一个可行的实现方式中，所述AlN过渡层的厚度为0.5nm～500nm。
在一个可行的实现方式中，所述GaN过渡层的厚度为0.5nm～500nm。
在一个可行的实现方式中，所述晶体基底的材质为蓝宝石、氮化镓、硅、碳化硅或者氧化镓。
一种InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法，包括如下步骤：
采用物理气相沉积的方法在晶体基底上形成AlN过渡层，所述AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成；
在所述AlN过渡层上外延生长GaN过渡层，所述GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且所述GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是所述AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续，得到InGaN基光电子器件的复合衬底。
上述InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法工艺简单，制备过程中，AlN过渡层和GaN过渡层组成复合过渡层，可以调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
在一个可行的实现方式中，采用物理气相沉积的方法在晶体基底上形成AlN过渡层的操作为：采用纯度≥99.99％的靶材，在氩气和氮气的混合气氛下，在晶体基底上溅射形成AlN过渡层；其中，工作气压为0.1Pa～1Pa，所述混合气氛中氮气的体积分数为10％～90％，所述晶体基底的温度为20℃～800℃，溅射功率为1000W～5000W。
在一个可行的实现方式中，在所述AlN过渡层上外延生长GaN过渡层的操作中，生长温度为500℃～600℃。
一种InGaN基光电子器件的模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在上述任一的InGaN基光电子器件的复合衬底上以二维外延模式外延生长氮化物转换层，使得GaN过渡层中的第二三维生长小岛的晶界合并，并在氮化物转换层中提供晶界合并诱导形成的张应力，得到InGaN基光电子器件的模板。
在一个可行的实现方式中，外延生长氮化物转换层的操作中，生长温度为600℃～1200℃。
在一个可行的实现方式中，所述氮化物转换层为GaN层、AlN层或者InGaN层；和/或所述氮化物转换层的厚度为0.1μm～10μm。
一种InGaN基光电子器件的模板，采用上述任一的InGaN基光电子器件的模板的制备方法制备得到。
上述InGaN基光电子器件的模板及其制备方法中，外延生长氮化物转换层的过程中能够使得GaN过渡层中的第二三维生长小岛晶界快速合并，并在连续的外延薄膜(即氮化物转换层)中提供晶界合并诱导形成的张应力，实现调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，能够提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
附图说明
图1为本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的复合衬底的示意图；
图2为本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法的流程图；
图3为本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的模板的示意图；
图4为本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的示意图；
图5为对比例1的InGaN基光电子器件的示意图；
图6为对比例2的InGaN基光电子器件的示意图；
图7是实施例1的InGaN基光电子器件的GaN过渡层表面的原子力显微镜图像；
图8是对比例1的InGaN基光电子器件的AlN过渡层表面的原子力显微镜图像；
图9是对比例2的InGaN基光电子器件的GaN过渡层表面的原子力显微镜图像；
图10是实施例1中步骤5)～6)和对比例1、对比例2中步骤4)～5)中外延生长过程中记录的反射率；
图11是实施例1中步骤5)～6)和对比例1、对比例2中步骤4)～5)中外延生长过程中记录的翘曲度原位监测曲线；
图12是实施例1和对比例1的InGaN基光电子器件的电致发光光谱。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的复合衬底100包括晶体基底110、AlN过渡层120和GaN过渡层130。其中，晶体基底110用于支撑位于上层的AlN过渡层120和GaN过渡层130，晶体基底110的尺寸和厚度等参数不受限制。
其中，晶体基底110指的是基底的材质为晶体。其中，AlN过渡层120位于晶体基底110上，AlN过渡层120包括若干第一三维生长小岛。具体的，AlN过渡层120由大量致密的第一三维生长小岛组成。AlN过渡层120提供初始的生长状态，增加晶粒沿某一方向取向的一致性。此外，AlN过渡层120还能够防止后续生长GaN时Ga腐蚀晶体基底110。
其中，GaN过渡层130位于AlN过渡层120上，GaN过渡层130包括若干第二三维生长小岛，且GaN过渡层130中的若干第二三维生长小岛分别位于AlN过渡层120中的若干第一三维生长小岛上。具体的，GaN过渡层130由大量致密的第二三维生长小岛组成，且GaN过渡层130中的若干第二三维生长小岛是AlN过渡层120中的若干第一三维生长小岛的延续和发展。
上述实施方式中，AlN过渡层120和GaN过渡层130组成复合过渡层，可以调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
在前述实施方式的基础上，AlN过渡层120的厚度为0.5nm～500nm。例如，AlN过渡层120的厚度可以为0.5nm、1nm、5nm、10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或者500nm。
在前述实施方式的基础上，GaN过渡层130的厚度为0.5nm～500nm。例如，GaN过渡层130的厚度可以为0.5nm、1nm、5nm、10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或者500nm。
在前述实施方式的基础上，晶体基底110选自蓝宝石基底、氮化镓基底、氮化铝基底、硅基底、碳化硅基底和氧化镓基底中的至少一种。也就是说，晶体基底110可以为单层的蓝宝石基底、氮化镓基底、氮化铝基底、硅基底、碳化硅基底或者氧化镓基底，亦可以为由上述多种材质相同或者不同的基底层叠组成的多层基底。
本发明的InGaN基光电子器件的复合衬底中，包括若干第一三维生长小岛的AlN过渡层和包括若干第二三维生长小岛的GaN过渡层组成复合过渡层，可以调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
请参见图2，本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的复合衬底100的制备方法包括如下步骤：
S10、采用物理气相沉积的方法在晶体基底上形成AlN过渡层，AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成。
步骤S10中，采用物理气相沉积方法在晶体基底110上形成的AlN过渡层120由大量致密的晶粒组成，并且晶粒的c轴取向具有高度的一致性。可以调整薄膜沉积的工艺参数以及沉积时间以实现对AlN过渡层120的厚度、表面形貌及晶体质量的调控。还可以对AlN过渡层120进行高温退火处理，以提高其结晶质量。
在其中一个可行的实现方式中，采用物理气相沉积的方法在晶体基底110上形成AlN过渡层120的操作为：采用纯度≥99.99％的靶材，在氩气和氮气的混合气氛下，在晶体基底上溅射形成AlN过渡层；其中，工作气压为0.1Pa～1Pa，混合气氛中氮气的体积分数为10％～90％，晶体基底的温度为20℃～800℃，溅射功率为1000W～5000W。其中，靶材材质可以选择高纯度铝；混合气氛中的氩气为溅射气体，可以为高纯氩气，氮气为反应气体，可以为高纯氮气。具体的，高纯氩气作为溅射气体放电形成离子，经过电场加速后轰击作为溅射靶材的高纯度铝，使得靶材铝原子溅射出来与作为反应气体的高纯氮气形成氮化铝沉积在加热的晶体基底表面。
S20、在步骤S10得到的AlN过渡层上外延生长GaN过渡层，GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续，得到InGaN基光电子器件的复合衬底。
步骤S20中，可以将镀有AlN过渡层120的异质外延衬底加载到外延设备的加热基座上，在适当的温度和其他工艺参数下，在AlN过渡层120上外延制备GaN过渡层130，制备的GaN过渡层130由大量第二三维生长小岛组成，GaN过渡层130中的第二三维生长小岛是AlN过渡层120的第一三维生长小岛的延续和发展，通过控制GaN过渡层130的工艺条件和生长时间，可以控制GaN过渡层130中的第二三维生长小岛的尺寸和晶界密度。
其中，所述的外延设备可以是金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)或其他形式的外延设备。所述的工艺条件包括温度、腔体压强、V/III比、衬底基座转速、反应源流量等参数。
在其中一个可行的实现方式中，在AlN过渡层120上外延生长GaN过渡层130的操作中，生长温度为500℃～600℃。此时，能够促进GaN过渡层130中第二三维生长小岛和晶界的形成。
经过上述步骤制作得到的InGaN基光电子器件的复合衬底100中，高质量AlN过渡层120用以降低外延薄膜中的位错密度，通过调节GaN/AlN复合过渡层的结构和GaN/AlN的工艺条件，可以同时实现外延薄膜中的应力调控和位错密度控制。
本发明的InGaN基光电子器件的衬底的制备方法的工艺简单，与现有商用InGaN基光电子器件的外延工艺的兼容性高，易于将本发明的InGaN基光电子器件的衬底的制备方法直接应用到大规模的工业生产。
请参见图3，本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的模板200的制备方法，包括如下步骤：在InGaN基光电子器件的复合衬底100上以二维外延模式生长氮化物转换层210，使得GaN过渡层130中的第二三维生长小岛的晶界合并，并在氮化物转换层210中提供晶界合并诱导形成的张应力。
在其中一个可行的实现方式中，外延生长氮化物转换层的操作中，生长温度为600℃～1200℃。本步骤中可以通过原位监测InGaN基光电子器件的复合衬底100的翘曲度实时监控连续的氮化物转换层210中的应力状态。
在其中一个可行的实现方式中，氮化物转换层210为GaN层、AlN层或者InGaN层。
在其中一个可行的实现方式中，氮化物转换层210的厚度为0.1μm～10μm。
请参见图3，本发明一实施方式的InGaN基光电子器件的模板200采用上述的InGaN基光电子器件的模板的制备方法制备得到。具体的，InGaN基光电子器件的模板200包括InGaN基光电子器件的复合衬底100和氮化物转换层210，氮化物转换层210位于InGaN基光电子器件的复合衬底100上。此时，复合衬底100中第一三维生长小岛和第二三维生长小岛的晶界均合并。
上述InGaN基光电子器件的模板及其制备方法中，外延生长氮化物转换层的过程中能够使得GaN过渡层中的第二三维生长小岛晶界快速合并，并在连续的外延薄膜(即氮化物转换层)中提供晶界合并诱导形成的张应力，实现调制氮化物异质外延薄膜中的应力状态，能够提高InGaN基光电子器件中InGaN材料外延过程中In原子的并入效率，从而提高InGaN薄膜和量子结构的外延晶体质量。
参照上述实施内容，为了使得本申请的技术方案更加具体清楚、易于理解，现对本申请技术方案进行举例，但是需要说明的是，本申请所要保护的内容不限于以下实施例1。
实施例1
请参见图4，实施例1的InGaN基光电子器件300为InGaN基红光发光二极管，自下至上依次包括InGaN基光电子器件的模板200、n型GaN层310、InGaN/GaN多量子阱层320和p型GaN层330。其中，InGaN基光电子器件的模板200自下而上依次包括InGaN基光电子器件的复合衬底100和氮化物转换层210，其中，氮化物转换层210的材质为GaN。InGaN基光电子器件的复合衬底100自下至上依次包括晶体基底110、AlN过渡层120和GaN过渡层130，其中，晶体基底110的材质为c面蓝宝石。
实施例1的InGaN基红光发光二极管的制备方法包括如下步骤：
1)高纯氩气作为溅射气体放电形成离子，经过电场加速后轰击作为溅射靶材的高纯度铝(纯度≥99.99％)，使得靶材铝原子溅射出来与作为反应气体的高纯氮气形成氮化铝沉积在加热的晶体基底110上，得到厚度为25nm的AlN过渡层120，上述工艺中的工作气压为0.67Pa，氮气的体积分数为25％，晶体基底110的温度为550℃，溅射功率为3000W。形成的AlN过渡层120由大量致密的第一三维生长小岛组成，并且第一三维生长小岛的c轴取向具有高度的一致性。
2)将镀有AlN过渡层120的晶体基底110在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10min后，用干燥的氮气吹干表面。
3)将干燥的镀有AlN过渡层120的晶体基底110加载到MOCVD设备的加热基座上，升温至1080℃后，在氢气气氛中进行10min的高温表面热清洁过程。
4)将加热基座降温至550℃，在反应腔室中通入三甲基镓和氨气，在AlN过渡层120上制备由第二三维生长小岛组成的GaN过渡层130，得到InGaN基光电子器件的复合衬底100。在本实施例中，GaN过渡层130的厚度为5nm。
5)将加热基座的温度升高至1075℃，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，在GaN/AlN复合过渡层上以二维外延模式外延制备连续的氮化物转换层210，使得GaN过渡层130中的晶界快速合并，在氮化物转换层210中提供晶界合并诱导形成的张应力，得到InGaN基光电子器件的模板200。在本实施例中，氮化物转换层210的厚度为2μm。
6)在步骤5)的基础上，设置加热基座的温度为1060℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，外延生长了n型GaN层310作为InGaN基红光发光二极管的第一导电类型的电流注入层。在本实施例中，n型GaN层310的厚度为2μm。
7)在步骤6)的基础上，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为4000和加热基座转速为1200rpm，在氮气载气气氛中外延生长了InGaN/GaN多量子阱层320作为InGaN红光LED的发光有源区，其中InGaN势阱层的生长温度为700℃，GaN势垒层的生长温度为800℃；设置加热基座的温度为950℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，外延制备了p型GaN层330作为InGaN基红光发光二极管的第二导电类型的电流注入层，得到实施例1的InGaN基光电子器件300。
对比例1
请参见图5，对比例1的InGaN基光电子器件100’为InGaN基红光发光二极管，自下而上依次包括蓝宝石基底110’、AlN过渡层120’、GaN转换层130’、n型GaN层140’、InGaN/GaN多量子阱层150’和p型GaN层160’，其中，蓝宝石基底110’的材质为c面蓝宝石。
对比例1的InGaN基红光发光二极管的制备方法包括如下步骤：
1)高纯氩气作为溅射气体放电形成离子，经过电场加速后轰击作为溅射靶材的高纯度铝(纯度≥99.99％)，使得靶材铝原子溅射出来与作为反应气体的高纯氮气形成氮化铝沉积在加热的蓝宝石基底110’上，得到厚度为25nm的AlN过渡层120’，上述工艺中的工作气压为0.67Pa，氮气的体积分数为25％，蓝宝石基底110’的温度为550℃，溅射功率为3000W。形成的AlN过渡层120’由大量致密的第一三维生长小岛组成，并且第一三维生长小岛的c轴取向具有高度的一致性。
2)将镀有AlN过渡层120’的蓝宝石基底110’在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10min后，用干燥的氮气吹干表面。
3)将干燥的镀有AlN过渡层120’的蓝宝石基底110’加载到MOCVD设备的加热基座上，升温至1080℃后，在氢气气氛中进行10min的高温表面热清洁过程。
4)将加热基座的温度调整至1075℃，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，在AlN过渡层上以二维外延模式外延制备连续的GaN转换层130’。在本对比例中，GaN转换层130’的厚度为2μm。
5)在步骤4)的基础上，设置加热基座的温度为1060℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，n型GaN层140’作为InGaN基红光发光二极管的第一导电类型的电流注入层。在本对比例中，n型GaN层的厚度为2μm。
6)在步骤5)的基础上，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为4000和加热基座转速为1200rpm，在氮气载气气氛中外延生长了InGaN/GaN多量子阱层150’作为InGaN红光LED的发光有源区，其中InGaN势阱层的生长温度为700℃，GaN势垒层的生长温度为800℃；设置加热基座的温度为950℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，外延制备了p型GaN层160’作为InGaN基红光发光二极管的第二导电类型的电流注入层，得到对比例1的InGaN基光电子器件100’。
对比例2
请参见图6，对比例2的InGaN基光电子器件200’为InGaN基红光发光二极管，自下而上依次包括蓝宝石基底210’、GaN过渡层220’、GaN转换层230’、n型GaN层240’、InGaN/GaN多量子阱层250’和p型GaN层260’，其中，蓝宝石基底210’的材质为c面蓝宝石。
对比例2的InGaN基红光发光二极管的制备方法包括如下步骤：
1)将蓝宝石基底210’在丙酮、酒精和去离子水中各超声清洗10min后，用干燥的氮气吹干衬表面。
2)将干燥的蓝宝石基底210’加载到MOCVD设备的加热基座上，升温至1080℃后，在氢气气氛中进行10min的高温表面热清洁过程。
3)将加热基座降温至550℃，在反应腔室中通入三甲基镓和氨气，如图5所示，在蓝宝石基底210’上制备由三维生长小岛组成的GaN过渡层220’。在本对比例中，GaN过渡层220’的厚度为5nm。
4)将加热基座的温度升高至1075℃，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，在GaN过渡层220’上以二维外延模式外延制备连续的GaN转换层230’。在本对比例中，GaN转换层230’的厚度为2μm。
5)在步骤4)的基础上，设置加热基座的温度为1060℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，外延生长了n型GaN层240’作为InGaN基红光发光二极管的第一导电类型的电流注入层。在本对比例中，n型GaN层240’的厚度为2μm。
6)在步骤5)的基础上，设置MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为4000和加热基座转速为1200rpm，在氮气载气气氛中外延生长了InGaN/GaN多量子阱层250’作为InGaN红光LED的发光有源区，其中InGaN势阱层的生长温度为700℃，GaN势垒层的生长温度为800℃；设置加热基座的温度为950℃，MOCVD腔体压强为200torr、V/III比为2500和加热基座转速为1200rpm，外延制备了p型GaN层260’作为InGaN基红光发光二极管的第二导电类型的电流注入层，得到对比例2的InGaN基光电子器件200’。
性能测试：
对实施例1的InGaN基光电子器件的GaN过渡层表面、对比例1的InGaN基光电子器件的AlN过渡层表面和对比例2的InGaN基光电子器件的GaN过渡层表面分别进行原子力显微镜扫描，得到图7～图9。由图7～图9可以看出，不同结构的过渡层具有不同的表面形貌特征，实施例1的InGaN基光电子器件的GaN过渡层由尺寸较大的第二三维生长小岛组成，三维小岛之间彼此相连且存在空洞，而对比例1的InGaN基光电子器件的AlN过渡层由尺寸较小的三维生长小岛构成致密的准连续薄膜，对比例2的InGaN基光电子器件的GaN过渡层由尺寸较小且密度较低的三维生长小岛构成。
对实施例1中步骤5)～6)和对比例1、对比例2中步骤4)～5)的外延生长过程中的反射率和翘曲度进行原位监测，得到图10和图11。由图10和图11可以看出，对于对比例2中使用GaN过渡层的情况，无法以二维外延模式制备对比例2中步骤4～5)所述的连续的GaN薄膜。根据实施例1和对比例1的翘曲度原位监测曲线，可以推算出实施例1的n型GaN层和对比例1的n型GaN层中的张应力大小分别为1.72GPa和1.51GPa。
实施例1和对比例1的InGaN基光电子器件的电致发光光谱如图12所示。从图12可以看出，使用GaN/AlN复合过渡层的实施例1中制备InGaN基光电子器件的LED外延结构具有更长的发光波长，即更高的In组分并入效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种InGaN基光电子器件的复合衬底，其特征在于，包括：
晶体基底；
AlN过渡层，位于所述晶体基底上，所述AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成；以及
GaN过渡层，位于所述AlN过渡层上，所述GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且所述GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是所述AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续。
2.根据权利要求1所述的InGaN基光电子器件的复合衬底，其特征在于，所述AlN过渡层的厚度为0.5nm～500nm。
3.根据权利要求1所述的InGaN基光电子器件的复合衬底，其特征在于，所述GaN过渡层的厚度为0.5nm～500nm。
4.根据权利要求1所述的InGaN基光电子器件的复合衬底，其特征在于，所述晶体基底的材质为蓝宝石、氮化镓、硅、碳化硅或者氧化镓。
5.一种InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用物理气相沉积的方法在晶体基底上形成AlN过渡层，所述AlN过渡层由若干第一三维生长小岛组成；
在所述AlN过渡层上外延生长GaN过渡层，所述GaN过渡层由若干第二三维生长小岛组成，且所述GaN过渡层中的若干第二三维生长小岛是所述AlN过渡层中的若干第一三维生长小岛的延续，得到InGaN基光电子器件的复合衬底。
6.根据权利要求5所述的InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积的方法在晶体基底上形成AlN过渡层的操作为：采用纯度≥99.99％的靶材，在氩气和氮气的混合气氛下，在晶体基底上溅射形成AlN过渡层；其中，工作气压为0.1Pa～1Pa，所述混合气氛中氮气的体积分数为10％～90％，所述晶体基底的温度为20℃～800℃，溅射功率为1000W～5000W。
7.根据权利要求5所述的InGaN基光电子器件的复合衬底的制备方法，其特征在于，在所述AlN过渡层上外延生长GaN过渡层的操作中，生长温度为500℃～600℃。
8.一种InGaN基光电子器件的模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在权利要求1～7中任一项所述的InGaN基光电子器件的复合衬底上以二维外延模式外延生长氮化物转换层，使得GaN过渡层中的第二三维生长小岛的晶界合并，并在氮化物转换层中提供晶界合并诱导形成的张应力，得到InGaN基光电子器件的模板。
9.根据权利要求8所述的InGaN基光电子器件的模板的制备方法，其特征在于，外延生长氮化物转换层的操作中，生长温度为600℃～1200℃。
10.根据权利要求8所述的InGaN基光电子器件的模板的制备方法，其特征在于，所述氮化物转换层为GaN层、AlN层或者InGaN层；和/或所述氮化物转换层的厚度为0.1μm～10μm。
11.一种InGaN基光电子器件的模板，其特征在于，采用权利要求8～10中任一项所述的InGaN基光电子器件的模板的制备方法制备得到。
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