本发明涉及一种具有缓冲层的高质量aln薄膜及其制备方法与应用，属于半导体材料制备领域。
背景技术：
1、aln（氮化铝）材料是直接带隙宽半导体材料，其禁带宽度为6.2 ev，带间跃迁发射波长可进入深紫外波段，是紫外/深紫外光电器件理想材料。同时，aln具有高电子迁移率(1100 cm2/vs)、高击穿电压(11.7 mv/cm)、高热导率(320 w/m k)，是制备下一代电力电子以及在恶劣环境中工作的能量收集设备的理想选择。
2、目前，主要是在蓝宝石、sic（碳化硅）或si衬底上直接生长aln材料。aln与异质衬底存在晶格失配与热失配等一系列问题，aln的生长较为困难，通常会面临着生长速率慢、晶体质量差的问题。蓝宝石衬底熔点高，高温下的物理和化学性质稳定，且制备技术成熟，价格日趋降低，是应用最广泛的衬底。但是蓝宝石衬底不能导电，且热导率低，同时由于蓝宝石衬底较难剥离，不利于滤波器件的制备。sic与aln之间的晶格失配与热失配很小，且化学性质稳定、导电导热性能优异，是aln薄膜生长的理想异质衬底材料。但由于sic的价格昂贵，器件制备成本高，不适于商业化的大规模生产。硅、蓝宝石等衬底的晶格常数大于aln，在生长过程中会对aln施加张应力；且硅衬底的热力学膨胀系数小于aln，在降温过程中aln收缩速率大于硅衬底，硅衬底依然对aln施加张应力，从而导致硅衬底上一般情况下只能生长200nm~300nm厚的aln。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有缓冲层的高质量aln薄膜及其制备方法与应用，能够有效地缓解aln薄膜与衬底之间的晶格失配与热适配。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、第一方面，本申请提供一种具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，包括以下步骤：
4、在衬底上形成卟啉类化合物涂层作为缓冲层；
5、在所述缓冲层上物理气相沉积aln种子层；
6、在所述aln种子层上化学气相沉积aln外延层，得到具有缓冲层的高质量aln薄膜。
7、本申请提供的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法以卟啉类化合物作为缓冲层原料，卟啉类化合物为平面分子，能与aln分子的al形成配位键，进行相互作用；同时卟啉类化合物与石墨烯平面类似，与aln具有较小的晶格失配。
8、进一步地，所述卟啉类化合物具有结构式ⅰ的结构：
9、
10、其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8独立地为羟基、巯基、氨基、烯键、羧基、酰基、氢原子或卤原子；ar独立地为苯环、萘环、蒽环、菲环、吡啶、吡咯、噻吩、噻唑或硫酚。
11、所述卟啉类化合物按以下步骤及反应式ⅱ合成而得：
12、
13、将一种或多种具有反应式ⅱ中a结构的反应原料溶解在溶剂中，再加入酸，混合体系在150℃~200℃反应8小时~24小时后停止反应，经冷却、过滤、柱层析，得到所述卟啉类化合物；其中x 为乙酰氧基、羟基或二甲氨基，rn和rm代表r1和r2、r3和r4、r5和r6、r7和r8四种组合。
14、进一步地，所述在衬底上形成卟啉类化合物涂层作为缓冲层的步骤包括：将所述卟啉类化合物溶解在有机溶剂中得到卟啉类化合物溶液，将所述卟啉类化合物溶液旋涂在所述衬底上，在所述有机溶剂挥发后得到所述缓冲层。
15、进一步地，所述在所述缓冲层上物理气相沉积aln种子层的步骤中，生长压力为1×10-7~torr~6×10-7torr，生长温度为300℃~500℃。
16、进一步地，所述aln种子层的厚度为20nm~70nm。可以通过配位键与缓冲层良好地结合，并为后续沉积高质量aln薄膜提供良好基础。
17、进一步地，所述在所述aln种子层上化学气相沉积aln外延层的步骤中，生长压力为40torr~60torr，生长温度为1100℃~1300℃。
18、进一步地，所述aln外延层的厚度为1000nm~1500nm。
19、第二方面，本申请提供一种高质量aln薄膜，由第一方面所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法制成。
20、第三方面，本申请提供一种基于aln薄膜的器件，具有如第二方面所述的高质量aln薄膜，所述衬底和所述缓冲层均已被剥离，或所述衬底和所述缓冲层均未被剥离。
21、本发明的有益效果是：本发明首先在衬底制备卟啉类化合物缓冲层，该类化合物为二维层状结构且能与aln分子的al形成配位键，能够有效地缓解aln薄膜与衬底之间的晶格失配与热适配；随后在卟啉类化合物缓冲层上通过pvd沉积aln种子层，能够为后续aln的生长提供较好的成核位点；最后通过mocvd可生长晶体质量高的aln薄膜。
22、本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
1.一种具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述卟啉类化合物具有结构式ⅰ的结构：
3.根据权利要求2所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述卟啉类化合物按以下步骤及反应式ⅱ合成而得：
4.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成卟啉类化合物涂层作为缓冲层的步骤包括：将所述卟啉类化合物溶解在有机溶剂中得到卟啉类化合物溶液，将所述卟啉类化合物溶液旋涂在所述衬底上，在所述有机溶剂挥发后得到所述缓冲层。
5.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述在所述缓冲层上物理气相沉积aln种子层的步骤中，生长压力为1×10-7~torr~6×10-7torr，生长温度为300℃~500℃。
6.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述aln种子层的厚度为20nm~70nm。
7.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述在所述aln种子层上化学气相沉积aln外延层的步骤中，生长压力为40torr~60torr，生长温度为1100℃~1300℃。
8.根据权利要求1所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法，其特征在于，所述aln外延层的厚度为1000nm~1500nm。
9.一种高质量aln薄膜，其特征在于，由权利要求1至8任一项所述的具有缓冲层的高质量aln薄膜制备方法制成。
10.一种基于aln薄膜的器件，其特征在于，具有如权利要求9所述的高质量aln薄膜，所述衬底和所述缓冲层均已被剥离，或所述衬底和所述缓冲层均未被剥离。
