[发明专利]基于Al2O3衬底的GaN薄膜的生长方法

摘要

本发明公开了一种基于Al₂O₃衬底的GaN薄膜的生长方法。主要解决现有技术低温插入AlN层生长过程中产生的过多热应力问题。本发明的GaN薄膜生长过程是：将Al₂O₃衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中；向反应室通入氢气或氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理；在热处理后的衬底上生长GaN或AlN成核层；在GaN或AlN成核层上生长GaN过渡层；在GaN过渡层上生长AlN插入层；在AlN插入层上生长GaN顶层。其中AlN插入层采用高温生长，且工艺条件为：生长压力20－760Torr，温度900－1100℃，铝源流量1－20μmol/min，氨气流量1000－5000sccm。本发明可缓解晶格失配带给GaN外延层的应力，减小GaN外延层的线位错密度，用本发明方法生长的GaN外延层可用于制作GaN基的微波大功率晶体管、发光二极管和激光器。

主权项

1.一种基于Al2O3衬底的GaN薄膜生长方法，包括如下过程：将Al2O3衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中；向反应室通入氢气或氢气与氨气的混合气体，对衬底基片进行热处理；在热处理后的衬底上生长GaN成核层；在GaN成核层上生长GaN过渡层；在GaN过渡层上生长AlN插入层；在AlN插入层上生长GaN顶层，其中反应室的真空度小于2×10-2Torr；衬底加热温度为900-1200℃，时间为5-10min，反应室压力为20-760Torr；生长GaN成核层的温度为400-600℃，生长压力为20-760Torr，镓源流量为1-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm；生长GaN过渡层的温度为900-1100℃，生长压力为20-760Torr，镓源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm；生长AlN插入层的温度为900-1100℃，生长压力为20-760Torr，铝源流量为1-20μmol/min，氨气流量为1000-5000sccm；生长GaN顶层的温度为900-1100℃，生长压力为20-760Torr，镓源流量为5-100μmol/min，氨气流量为1000-10000sccm。