[发明专利]生长在LiGaO2衬底上的非极性掺杂GaN薄膜及其制备方法

权利要求书

1.生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜，其特征在于，包括由下至上依次排列的LiGaO₂衬底、非极性m面GaN缓冲层、非极性m面GaN外延层、非极性掺杂GaN薄膜；所述非极性GaN薄膜为非极性p型GaN薄膜或非极性n型GaN薄膜。

2.根据权利要求1所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜，其特征在于，所述LiGaO₂衬底的晶体取向为(100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。

3.根据权利要求1所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜，其特征在于，所述非极性m面GaN缓冲层的厚度为30~60nm；所述非极性m面GaN外延层的厚度为150~250nm；所述非极性n型掺杂GaN薄膜的厚度为100nm~5μm，电子浓度为1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100nm~5μm，空穴浓度为1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。

4.生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选取LiGaO₂衬底，选取晶体取向；

（2）对衬底进行退火处理：将衬底在900~1000℃下烘烤3~5h后空冷至室温；

（3）对衬底进行表面清洁处理；

（4）采用低温分子束外延工艺生长非极性m面GaN缓冲层，工艺条件为：衬底温度为220-350℃，通入Ga蒸发源与N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr、产生等离子体氮的射频功率为200~300W，Ⅴ/Ⅲ比为50-60、生长速度为0.4~0.6ML/s；

（5）采用脉冲激光沉积工艺生长非极性m面GaN外延层，工艺条件为：衬底温度升至450~550℃，采用脉冲激光轰击Ga靶材，同时通入N等离子体，射频功率为200~300W，反应室压力为3~5×10^-5torr，激光能量为120-180mJ，频率为10~30Hz；

（6）采用脉冲激光沉积工艺生长非极性掺杂GaN薄膜，非极性p型掺杂GaN薄膜的工艺条件为：衬底温度为450~550℃，采用脉冲激光轰击轰击GaMg混合靶材，生长时通入N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr，射频功率为200-300W，激光能量为120～180mJ，频率为10~30Hz；

非极性n型掺杂GaN薄膜的工艺条件为：衬底温度为450~550℃，采用脉冲激光轰击GaSi混合靶材，生长时通入N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr,，射频功率为200~300W，激光能量为120~180mJ，频率为10~30Hz。

5.根据权利要求4所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜的制备方法，其特征在于，所述非极性m面GaN缓冲层的厚度为30~60nm；所述非极性m面GaN外延层的厚度为150~250nm；所述非极性n型掺杂GaN薄膜的厚度为100nm~5μm，电子浓度为1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为100nm~5μm；空穴浓度为1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。

6.根据权利要求4所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜的制备方法，其特征在于，所述晶体取向为(100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。

7.根据权利要求4所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性掺杂GaN薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述对衬底进行表面清洁处理，具体为：将LiGaO₂衬底放入去离子水中室温下超声清洗5~10分钟，去除LiGaO₂衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物；清洗后的LiGaO₂衬底用高纯干燥氮气吹干；之后将LiGaO₂衬底放入低温分子束外延生长室，在超高真空条件下，将衬底温度升至850~900℃，烘烤20~30分钟，除去LiGaO₂衬底表面残余的杂质。