[發明專利]生長在LiGaO2襯底上的非極性摻雜GaN薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210535131.0
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103031595A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 李國強;楊慧
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B25/18;C30B25/00;C30B29/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜，其特征在于，包括由下至上依次排列的LiGaO₂襯底、非極性m面GaN緩沖層、非極性m面GaN外延層、非極性摻雜GaN薄膜；所述非極性GaN薄膜為非極性p型GaN薄膜或非極性n型GaN薄膜。

2.根據權利要求1所述的生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜，其特征在于，所述LiGaO₂襯底的晶體取向為(100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。

3.根據權利要求1所述的生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜，其特征在于，所述非極性m面GaN緩沖層的厚度為30~60nm；所述非極性m面GaN外延層的厚度為150~250nm；所述非極性n型摻雜GaN薄膜的厚度為100nm~5μm，電子濃度為1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；所述p型摻雜GaN薄膜的厚度為100nm~5μm，空穴濃度為1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。

4.生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）選取LiGaO₂襯底，選取晶體取向；

（2）對襯底進行退火處理：將襯底在900~1000℃下烘烤3~5h后空冷至室溫；

（3）對襯底進行表面清潔處理；

（4）采用低溫分子束外延工藝生長非極性m面GaN緩沖層，工藝條件為：襯底溫度為220-350℃，通入Ga蒸發源與N等離子體，反應室壓力為5~7×10^-5torr、產生等離子體氮的射頻功率為200~300W，Ⅴ/Ⅲ比為50-60、生長速度為0.4~0.6ML/s；

（5）采用脈沖激光沉積工藝生長非極性m面GaN外延層，工藝條件為：襯底溫度升至450~550℃，采用脈沖激光轟擊Ga靶材，同時通入N等離子體，射頻功率為200~300W，反應室壓力為3~5×10^-5torr，激光能量為120-180mJ，頻率為10~30Hz；

（6）采用脈沖激光沉積工藝生長非極性摻雜GaN薄膜，非極性p型摻雜GaN薄膜的工藝條件為：襯底溫度為450~550℃，采用脈沖激光轟擊轟擊GaMg混合靶材，生長時通入N等離子體，反應室壓力為5~7×10^-5torr，射頻功率為200-300W，激光能量為120～180mJ，頻率為10~30Hz；

非極性n型摻雜GaN薄膜的工藝條件為：襯底溫度為450~550℃，采用脈沖激光轟擊GaSi混合靶材，生長時通入N等離子體，反應室壓力為5~7×10^-5torr,，射頻功率為200~300W，激光能量為120~180mJ，頻率為10~30Hz。

5.根據權利要求4所述的生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜的制備方法，其特征在于，所述非極性m面GaN緩沖層的厚度為30~60nm；所述非極性m面GaN外延層的厚度為150~250nm；所述非極性n型摻雜GaN薄膜的厚度為100nm~5μm，電子濃度為1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；所述p型摻雜GaN薄膜的厚度為100nm~5μm；空穴濃度為1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。

6.根據權利要求4所述的生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜的制備方法，其特征在于，所述晶體取向為(100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。

7.根據權利要求4所述的生長在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述對襯底進行表面清潔處理，具體為：將LiGaO₂襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗5~10分鐘，去除LiGaO₂襯底表面粘污顆粒，再依次經過鹽酸、丙酮、乙醇洗滌，去除表面有機物；清洗后的LiGaO₂襯底用高純干燥氮氣吹干；之后將LiGaO₂襯底放入低溫分子束外延生長室，在超高真空條件下，將襯底溫度升至850~900℃，烘烤20~30分鐘，除去LiGaO₂襯底表面殘余的雜質。