[发明专利]基于黑磷和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法

摘要

本发明公开了一种基于黑磷和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法，主要用于改善氮化镓材料质量。其生长步骤是：(1)制备黑磷过渡层；(2)磁控溅射氮化铝过渡层；(3)热处理；(4)生长氮化铝缓冲层；(5)生长低V‑Ш比氮化镓层；(6)生长高V‑Ш比氮化镓层。本发明的氮化镓薄膜的优点在于，结合了黑磷和磁控溅射氮化铝，材料质量优异，适用衬底范围大，可用于制作高性能的氮化镓基器件。

主权项

1.一种基于黑磷和磁控溅射氮化铝的氮化镓薄膜生长方法，包括如下步骤：(1)制备黑磷过渡层：(1a)将衬底用丙酮和去离子水预处理后烘干；(1b)将红磷放入立方体型超高压装置中，将立方体型超高压装置中的恒定压力设置为10kbar；(1c)保持立方体型超高压装置压力不变，将立方体型超高压装置加热到1000℃，之后每小时冷却立方体型超高压装置中的温度100℃直到立方体型超高压装置中的温度到600℃，关闭立方体型超高压装置，待立方体型超高压装置中的温度和压力至室温和常压，取出合成的黑磷晶体；(1d)将合成的黑磷晶体放置在透明胶带的机械剥离机上，将黑磷晶体上机械剥离的黑磷薄膜转移至预处理后的衬底上，得到覆盖黑磷过渡层的衬底；(2)磁控溅射氮化铝过渡层：(2a)将覆盖黑磷过渡层的衬底置于磁控溅射系统中，磁控溅射反应室压力为1Pa，通入氮气和氩气5min；(2b)以5N纯度的铝为靶材，采用射频磁控溅射工艺，在覆盖黑磷的硅衬底上溅射氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝过渡层的基板；(3)热处理：(3a)将溅射氮化铝过渡层的基板置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，向金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室通入氢气与氨气的混合气体5min；(3b)通入氢气与氨气的混合气体5min后，将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室加热到600℃，对溅射氮化铝过渡层的基板进行20min热处理，得到热处理后的基板；(4)生长氮化铝缓冲层：(4a)保持金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室压力为40Torr，将温度升到1050℃，依次通入氢气与氨气和铝源；(4b)在氢气与氨气和铝源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积MOCVD，在热处理后的基板上生长氮化铝缓冲层，得到氮化铝基板；(5)生长低V‑III比氮化镓层：(5a)将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室压力降为20Torr，温度降到1000℃，依次通入氢气、氨气和镓源；(5b)在氢气、氨气和镓源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积MOCVD在氮化铝基板上生长氮化镓外延层，得到生长有低V‑III比氮化镓层的基板；(6)生长高V‑III比氮化镓层：(6a)保持金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室温度为1000℃，将压力升高到为40Torr，依次通入氢气、氨气和镓源；(6b)在氢气、氨气和镓源的气氛下，采用金属有机物化学气相淀积MOCVD法，在生长有低V‑III比氮化镓层的基板上生长高V‑III比氮化镓层；(6c)将金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室温度降至室温后取出样品，得到氮化镓薄膜。