[发明专利]生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜，其特征在于：包括Al₂O₃衬底及其(0001)面往(10-10)面偏0.2°方向依次外延生长的AlN形核层和GaN薄膜；所述AlN形核层的厚度为5-10nm；所述GaN薄膜的厚度为100-200nm。

2.根据权利要求1所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜，其特征在于所述AlN形核层以及GaN薄膜的厚度的不均匀性为1-3％。

3.根据权利要求1所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a.将Al₂O₃衬底进行清洁、退火处理；

b.将经过a步骤处理的Al₂O₃衬底在其(0001)面往(10-10)面偏0.2°方向作为晶体外延生长方向，外延一层AlN形核层，所述AlN形核层的厚度为5-10nm；

c.采用脉冲激光沉积工艺在经过b步骤生长出的AlN形核层上外延生长一层GaN薄膜，所述GaN薄膜的厚度为100-200nm。

4.根据权利要求3所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜的方法，其特征在于所述a步骤的清洗具体为：将Al₂O₃衬底放入去离子水中室温下超声清洗3-5分钟，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用干燥氮气吹干。

5.根据权利要求3所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜的方法，其特征在于所述a步骤的退火具体为：将Al₂O₃衬底放入退火室内，在800-900℃下氮气氛围中对Al₂O₃衬底进行退火处理1-2小时。

6.根据权利要求3所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜的方法，其特征在于所述b步骤外延生长AlN形核层具体为：在Al₂O₃衬底温度为750-850℃，生长室的压力为1-5mTorr、RF功率为400-500W、衬底转速为5-10rad/s的条件下对Al₂O₃衬底进行射频等离子体辅助氮化处理60-90分钟。

7.根据权利要求3所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜的方法，其特征在于所述c步骤的外延生长GaN薄膜具体为：采用脉冲激光沉积工艺，将Al₂O₃衬底保持在700-750℃，反应室的压力控制在10-30mTorr，RF功率为400-500W，以248nm KrF气体准分子激光为光源，以液态Ga作为靶材，以纯度99.99999％的氮气为环境气体和反应气体，将衬底转速为5-10rad/s，靶材转速为5-10rad/s，光栅的扫描参数设置如下：扫描位置为0-2500时，扫描速度为80-100rad/s；扫描位置为2500-4500时，扫描速度为60-80rad/s；扫描位置为4500-6500时，扫描速度为40-60rad/s；扫描位置为6500-8000时，扫描速度为20-40rad/s；扫描位置为8000-9500时，扫描速度为10-20rad/s；扫描位置为9500-8000时，扫描速度为10-20rad/s；扫描位置为8000-6500时，扫描速度为20-40rad/s；扫描位置为6500-4500时，扫描速度为40-60rad/s；扫描位置为4500-2500时，扫描速度为60-80rad/s；扫描位置为2500-0时，扫描速度为80-100rad/s。

8.根据权利要求1所述的生长在蓝宝石衬底上的高均匀性GaN薄膜，其特征在于：用于制备LED、光电探测器和太阳能电池中的一种。