[發(fā)明專利]一種氮化物外延片的生長方法及氮化鎵激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710039031.1
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106868472B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文杰;龍衡;李俊澤;李沫;張健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/34;C23C16/01;C23C16/455;H01S5/323
• 代理公司: 51211 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 蔣斯琪

本發(fā)明涉及一種氮化物外延片的生長方法及氮化鎵激光器，該方法包括如下步驟：S1將銅襯底拋光、清洗；S2在銅襯底上生長石墨烯層；S3將銅襯底上生長的石墨烯層轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上；S4利用原子層沉積法在石墨烯層上生長氮化鋁薄層；S5在氮化鋁薄層上采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法生長GaN層。本發(fā)明可在不同目標(biāo)襯底上生長氮化物外延片，外延片是通過銅襯底轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)石墨烯轉(zhuǎn)移到不同目標(biāo)襯底上；石墨烯層作為襯底與GaN外延層之間的緩沖層，通過原子層沉積法制備氮化鋁層，可實(shí)現(xiàn)材料原子層的逐層生長、良好的厚度可控性和高精度的薄膜生長質(zhì)量，解決襯底和外延層之間大的晶格失配問題，提高外延層質(zhì)量，可得到高質(zhì)量的氮化鎵基激光器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化物外延片的生長方法及氮化鎵激光器，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮化鎵材料作為一種新型的半導(dǎo)體材料受到了越來越多的關(guān)注。作為第三代半導(dǎo)體的代表性材料，氮化鎵具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，其具有較寬帶隙、直接帶隙的優(yōu)點(diǎn)，耐高溫高壓，電子遷移率高等優(yōu)勢在電子器件和光電子器件等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，因此制備高質(zhì)量的氮化鎵是制備上述器件的關(guān)鍵。

石墨烯是新型二維納米材料它們的原子之間通過sp2電子軌道鏈接在一起，并且由于石墨烯具有六角密排的原子格位，與氮化物晶體中各層原子的排布情形相同，因此以石墨烯作為緩沖層能夠提高氮化物外延層的晶體質(zhì)量。

現(xiàn)有技術(shù)氮化物的制備過程中，氮化鋁薄膜的制備主要是通過磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積等方法，如中國專利申請人為西安電子科技大學(xué)的專利“在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法”(申請?zhí)枺?01610130981.0，公布號：CN105734530A)中公開了一種在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法。該方法的具體步驟如下：(1)在銅襯底上通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD生長石墨烯；(2)在覆蓋石墨烯層的銅襯底上采用磁控濺射生長一層氮化鋁薄膜；(3)將得到的氮化鋁基板進(jìn)行一定時(shí)間的熱處理；(4)將進(jìn)行熱處理之后的樣品放入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD中依次外延低V/III比氮化鎵外延層和高V/III比氮化鎵外延層。該方法易在覆蓋石墨烯層的銅襯底上得到質(zhì)量較好的氮化鎵外延層。但是，該方法仍然存在的不足之處是：采用磁控濺射，濺射速度快，但是薄膜的質(zhì)量差、雜質(zhì)多，并且在濺射生長成膜之后還需要進(jìn)一步的熱處理，因此該方法無法生長較好的AlN層從而使得獲得的氮化物材料質(zhì)量較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種氮化物外延片的生長方法及氮化鎵激光器，該方法可以有效降低襯底與外延材料之間的應(yīng)力，明顯提高外延層質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種氮化物外延片的生長方法，步驟如下：

S1 將銅襯底拋光、清洗；

S2 在銅襯底上生長石墨烯層；

S3 將銅襯底上生長的石墨烯層轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上；

S4 利用原子層沉積法在目標(biāo)襯底的石墨烯層上生長一層氮化鋁薄層；

S5 在氮化鋁薄層上采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法生長GaN層。

其中，步驟S1為：將銅襯底進(jìn)行清洗去除表面的油污和氧化層，再經(jīng)機(jī)械拋光和電化學(xué)拋光的雙重拋光之后，依次用：乙醇和去離子水清洗三次、稀鹽酸清洗5-10min、去離子水清洗數(shù)，N₂吹干得到銅襯底。

步驟S2的具體操作如下：

S2a 將經(jīng)過S1步驟處理的銅襯底放管式爐石英管中，抽真空5-7min；

S2b往管式爐石英管中通入氫氣，將管式爐石英管加熱至800-1050℃后退火0.5-3小時(shí)；