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      一種氮化物外延片的生長方法及氮化鎵激光器與流程

      文檔序號:12699168閱讀:來源:國知局

      技術(shù)特征:

      1.一種氮化物外延片的生長方法,其特征在于,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物化學(xué)氣相沉積法生長GaN層。

      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述步驟S1的具體操作為,首先將銅襯底進行清洗去除表面的油污和氧化層,再經(jīng)機械拋光和電化學(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)次,N2吹干得到銅襯底。

      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于:所述步驟S2的具體操作為,

      S2a 將經(jīng)過步驟S1處理的銅襯底放置于管式爐石英管中,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;

      S2c 往管式爐石英管中通入氬氣和氫氣的混合氣體、碳源氣體甲烷進行生長,關(guān)閉碳源氣體甲烷和氫氣,將管式爐石英管在氬氣氣氛下隨爐冷卻至室溫,得到生長有石墨稀層的銅襯底;

      其中,步驟S2c中通入的混合氣體中氬氣和氫氣的體積比為20:1-10:1,氫氣和甲烷的體積比為20:1- 4:1。

      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述步驟S3的具體操作如下:

      S3a在生長有石墨稀層的銅襯底的表面旋涂一層PMMA,并固化;

      S3b將銅襯底上有石墨烯層且覆蓋PMMA的樣品放入2-4 M三氯化鐵溶液中,使之漂浮在溶液表面,銅襯底與三氯化鐵溶液接觸,浸泡12小時后將銅襯底完全溶解,形成石墨烯層上覆蓋PMMA的復(fù)合結(jié)構(gòu);

      S3c將石墨烯層上覆蓋PMMA的復(fù)合結(jié)構(gòu)懸浮在去離子水中,去除殘余三氯化鐵;

      S3d用一個清潔的硅基片將石墨烯層上覆蓋PMMA的復(fù)合結(jié)構(gòu)從去離子水中輕輕拖出,將其轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底的表面;具體操作時,先使石墨烯層與目標(biāo)基底一端接觸,然后輕輕將硅基片抽出,使石墨烯層上覆蓋PMMA的復(fù)合結(jié)構(gòu)與目標(biāo)基底完全帖附,形成目標(biāo)襯底上有石墨烯層且覆蓋PMMA,帖附結(jié)束后將樣品自然干燥;

      S3e將目標(biāo)襯底上有石墨烯層且覆蓋PMMA的樣品放入丙酮或乙酸中,溶解去除PMMA,獲得表面有石墨烯層的目標(biāo)襯底。

      5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,步驟S3中所述目標(biāo)襯底的材質(zhì)為二氧化硅、藍(lán)寶石、玻璃、碳化硅、氧化鋁、氧化鋅中的任意一種。

      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述步驟S4的具體操作如下:

      S4a 將經(jīng)過步驟S3處理的表面有石墨烯層的目標(biāo)襯底整體轉(zhuǎn)移放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中,抽真空,氣壓保持在0.2-0.4 Torr;

      S4b向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入TMA與等離子體化的氮氣和氫氣的混合氣體,TMA作為鋁源,等離子體化的氮氣和氫氣的混合氣體作為氮源,氮氣或惰性氣體作為載氣;

      S4c 重復(fù)步驟S4a、S4b,即可在目標(biāo)襯底上長有石墨烯層的表面上形成氮化鋁薄膜。

      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述S4b中:氮氣和氫氣的混合氣體的體積比為4:1,N2作為載氣,載氣流量在40-80sccm,以使原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)的真空度保持在0.2Torr。

      8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述S4b中:在沉積之前首先向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔內(nèi)通入氮氣進行清洗,在每次沉積之后再通入氮氣對原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔進行清洗,清洗時間為30-60s。

      9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述S4c中:每個原子層沉積循環(huán)依次為0.2-0.4 s TMA脈沖,50s的吹掃時間,40s 氮氣和氫氣混合物氣脈沖,40s的吹掃時間,此為一個原子層沉積周期,等離子體發(fā)生器的功率在100w,生長溫度區(qū)間在100-300℃。

      10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述步驟S5中,利用金屬有機物化學(xué)氣相沉積法的生長速率為0.4μm/h~4μm/h,生長溫度為800-1200℃,使用的載氣為氮氣和氫氣的混合氣體。

      11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述石墨烯層的厚度為1-30層。

      12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述AlN層的厚度為20-100nm。

      13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物外延片的生長方法,其特征在于,所述GaN層的厚度為0.4μm~5μm。

      14.一種氮化鎵基激光器,其特征在于,在目標(biāo)襯底上依次生長有石墨烯層、氮化鋁層、氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、N型覆蓋層、N型波導(dǎo)層、有源區(qū)多量子阱層、P型波導(dǎo)層、P型覆蓋層、P型氮化鎵層,形成氮化鎵激光器結(jié)構(gòu)。

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