一種鍍膜方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鍍膜方法及應用，按以下步驟進行：1)襯底以及其晶向的選??；2)使用PLD工藝在襯底上低溫外延一層GaN緩沖層；3)使用MBE工藝外延一層GaN薄膜。本發(fā)明集合PLD和MBE的優(yōu)點，能夠有效抑制Li離子的高溫擴散(襯底的高溫相變)和界面反應。利用PLD進行三維生長，獲得大量的納米島，然后在同一生長室內利用MBE進行二維生長，抑制穿透位錯的傳播，提高薄膜的晶體質量。應用鍍膜方法在鎵酸鋰襯底上外延非極性GaN薄膜。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有生長工藝簡單，制備成本低廉的優(yōu)點，同時本發(fā)明制備的GaN薄膜具有缺陷密度低、結晶質量好等特點，可廣泛應用于LED、LD、太陽能電池等領域。
【專利說明】一種鍍膜方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍍膜方法及其應用，具體用于制造薄膜外延及薄膜器件，特別是量子阱結構太陽能電池、發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、光電探測器。
【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管(LED)作為一種新型固體照明光源和綠色光源，具有體積小、耗電量低、環(huán)保、使用壽命長、高亮度、低熱量以及多彩等突出特點，在室外照明、商業(yè)照明以及裝飾工程等領域都具有廣泛的應用。當前，在全球氣候變暖和能源枯竭問題日趨嚴峻的背景下，節(jié)約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對的重要問題。以低能耗、低污染、低排放為基礎的低碳經(jīng)濟，將成為經(jīng)濟發(fā)展的重要方向。在照明領域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀將是以LED為代表的新型照明光源的時代。但是現(xiàn)階段LED的應用成本較高，發(fā)光效率較低，這些因素都會大大限制LED向高效節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。
[0003]LED芯片的發(fā)光效率不夠高是限制LED發(fā)展的一個關鍵問題，其主要原因是由于目前廣泛使用的GaN基LED都是沿極性c軸生長的。c軸方向上，Ga原子集合和N原子集合的質心不重合，從而形成電偶極子，產(chǎn)生自發(fā)極化場和壓電極化場，進而引起量子束縛斯塔克效應(Quantum-confined Starker Effect, QCSE),使電子和空穴分離,載流子的福射復合效率降低，最終影響LED的發(fā)光效率，并造成LED發(fā)光波長的不穩(wěn)定。解決這一問題最好的辦法是采用非極性GaN材料制作LED，以消除量子束縛斯塔克效應的影響。理論研究表明，使用非極性GaN來制造LED，將可使LED發(fā)光效率提高近一倍。
[0004]由此可見，要使LED真正實現(xiàn)大規(guī)模廣泛應用，提高LED芯片的發(fā)光效率，并降低其制造成本，最根本的辦法就是在與GaN匹配(包括晶格匹配和熱膨脹系數(shù)匹配)的新型襯底上研發(fā)非極性GaN基LED外延芯片。目前，制備非極性GaN薄膜的新型襯底的代表主要有LiGa02、LiAlO2等。與傳統(tǒng)的LED襯底藍寶石相比，新型襯底不但晶格失陪小，而且熱膨脹系數(shù)差異相近。以LiGaO2襯底為例。LiGaO2襯底與GaN在b、c軸方向上的晶格失陪分別為0.1%和4.0 %，熱膨脹系數(shù)很接近(LiGaO2襯底的熱膨脹系數(shù)分別為4.0X KT6IT1和3.8 X ΙΟΙ—1，GaN對應的熱膨脹系數(shù)分別為5.59X ΙΟΙ1和3.17X10^)。然而，由于Li離子的平衡蒸汽壓較低，容易從襯底中溢出，特別是在較高的溫度下(700°C以上)會導致襯底表面發(fā)生相變，形成富Li相。與此同時，在高溫條件下，新型襯底與GaN的界面反應嚴重。這將嚴重影響GaN薄膜的生長和最終的晶體質量。傳統(tǒng)的金屬有機物氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)鍍膜技術外延GaN薄膜的溫度都在800°C以上，界面反應嚴重，難以滿足在LiGa02、LiAlO2等易高溫相變的新型襯底上外延非極性GaN薄膜的需要。
[0005] 脈沖激光沉積(PLD)克服了 M0CVD、MBE的不足和存在的問題。它的主要優(yōu)點有以下幾個方面:(1)激光能量密度高，可以蒸鍍各種難以熔化的靶材，實現(xiàn)薄膜的低溫外延生長，有效抑制界面反應；(2)工藝參數(shù)調節(jié)方便，且沉積速率高，實驗周期短；(3)發(fā)展?jié)摿Υ?，具有良好的兼容性?4)薄膜成分穩(wěn)定，易于獲得期望的化學計量比；(5)可以同時放置多個靶材(4-6個)，有利于制備成分復雜的多層薄膜；(6)清潔處理十分方便，可以制備不同類型的薄膜。然而，任何事物都存在兩面性。PLD的主要缺點就是沉積速率高，難以制備高品質的量子阱。事實上，量子阱結構LED已經(jīng)成為未來LED的主要發(fā)展趨勢之一。PLD的這一缺點，嚴重限制了它的推廣和應用范圍。

【發(fā)明內容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鍍膜方法。它集合了 PLD和MBE的各自優(yōu)點，并克服了 PLD和MBE各自的缺點，該鍍膜方法具有操作簡單，成本低廉，產(chǎn)品質量好的優(yōu)點，同時采用該鍍膜方法制備的GaN薄膜具有缺陷密度低、結晶質量好等特點，可廣泛應用于LED、LD、太陽能電池等領域。
[0007]本發(fā)明的另外的目的在于提供上述鍍膜方法的應用，采用該鍍膜方法制備的GaN薄膜具有缺陷密度低、結晶質量好等特點，可廣泛應用于LED、LD、太陽能電池等領域。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術方案達到:
[0009]一種鍍膜方法，其特征在于，按以下步驟進行:
[0010]I)襯底以及其晶向的選??；
[0011 ] 2)使用PLD工藝在襯底上低溫外延一層GaN緩沖層；
[0012]3)使用MBE工藝外延一層GaN薄膜。
[0013]優(yōu)選地，在步驟I)中，所述襯底為易高溫相變的新型襯底，具體為LiGaO2或LiA102。
[0014]優(yōu)選地，在步驟2)中，具體工藝條件為:襯底溫度100-250°C，轉速為5_10r/min，靶基距為4-7cm，激光波長為150-355醒，激光能量為150_280mJ/p，頻率5_30Hz，氮的等離子體流量為4-5sccm，RF活化功率為350-500W ；
[0015]優(yōu)選地，在步驟3)中，具體工藝條件為:襯底溫度為500_700°C，自傳速率為2-10r/min, Ga的蒸發(fā)溫度為850-115(TC,氮的等離子體流量為0.5-1.5sccm, RF活化功率為 350-500W。
[0016]它集合PLD和MBE的優(yōu)點，能夠有效抑制Li離子的高溫擴散(襯底的高溫相變)和界面反應。利用PLD進行三維生長，獲得大量的納米島，然后在同一生長室內利用MBE進行二維生長，抑制穿透位錯的傳播，提高薄膜的晶體質量。
[0017]優(yōu)選地，所述鍍膜方法在脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備中完成；所述脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備，其包括生長室腔體；在生長室腔體下方的中心位置設有一個基座，在基座上設有1-6個均勻布置的用于放置靶材的轉盤，所述基座及轉盤分別由驅動機構帶動旋轉，使得靶材即能隨基座公轉又能隨轉盤自轉；在生長室腔體的下側壁上還設有若干個均勻分布的MBE蒸發(fā)源；在生長室腔體的下側壁或底壁上還設有分別與機械泵和分子泵連接的閥門，以便機械泵和分子泵對生長室抽真空；在生長室腔體的中下方的位置設有輔助氣體管道及RF附件，用于在鍍膜過程中及時補充O或N的等離子體；在生長室腔體的中上方的位置設有反射高能電子衍射儀(RHEED) ；RHEED由高能電子槍和熒光屏兩部分組成，用于實時監(jiān)控薄膜的生長；在生長室腔體的上側壁或頂壁上設有一個石英窗口，在生長室腔體旁邊對應石英窗口的位置設有高能固體激光器，由高能固體激光器提供150-355nm的高能激光透過石英窗口照射入生長室腔體的內部；在生長室腔體上方的中央位置安裝有激光測距儀、步進電機以及安裝于步進電機的輸出軸上的用于固定襯底的襯底架，在襯底架上還設有紅外線加熱器；激光測距儀的信號輸出端與步進電機的信號輸入端連接，由激光測距儀檢測靶材和襯底之間的距離，步進電機的控制器依據(jù)激光測距儀測得的距離，驅動步進電機帶動襯底架移動，從而調節(jié)靶材和襯底之間的距離。所述MBE蒸發(fā)源的數(shù)量為五個。所述生長室腔體為耐高壓合金鋼。
[0018]生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜的鍍膜方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0019]I)襯底以及其晶向的選取:采用LiGaO2襯底，以(001)面偏(011)方向0.2_1°為外延面，晶體外延取向關系為=GaN的(111)面平行于LiGaO2的(001)面；
[0020]2)使用PLD工藝在襯底上低溫外延一層GaN緩沖層，抑制Li離子擴散和界面反應:襯底溫度100-250°C，轉速為5-10r/min，靶基距為4_7cm，激光波長為150_355nm，激光能量為150-280mJ/p，頻率5-30Hz，氮的等離子體流量為4-5SCCm，RF活化功率為350-500W ；
[0021]3)使用MBE工藝外延一層GaN薄膜:襯底溫度為500-700°C，自傳速率為2_10r/min，Ga的蒸發(fā)溫度為850_1150 C，風的等尚子體流里!為0.5—1.5sccm，RF活化功率為350-500W ；
[0022]在步驟I)和步驟2)之間還包括步驟1-1):襯底表面拋光、清洗以及退火處理；
[0023]所述退火的具體過程為:將襯底放入退火室內，在800-1000°C下空氣氛圍中對LiGaO2襯底進行退火處理3-5小時然后空冷至室溫；
[0024]所述襯底表面拋光，具體為:首先將LiGaO2襯底表面用金剛石泥漿進行拋光，配合光學顯微鏡觀察襯底表面，直到?jīng)]有劃痕后，再采用化學機械拋光的方法進行拋光處理。
[0025]所述清洗，具體為:將LiGaO2襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗5分鐘，去除LiGaO2襯底表面粘污顆粒，再依次經(jīng)過鹽酸、丙酮、乙醇洗滌，去除表面有機物，用高純干燥氮氣吹干。
[0026]應用所述鍍膜方法在鎵酸鋰襯底上外延生長的非極性GaN薄膜，其特征在于，它包括LiGaO2襯底，依次生長在LiGaO2襯底上的GaN緩沖層、GaN薄膜；所述LiGaO2襯底以
(100)面偏(110)方向0.2-1°為外延面。
[0027]優(yōu)選地，所述GaN緩沖層的厚度為30_50nm ;所述GaN薄膜的厚度為100_300nm。
[0028]將在鎵酸鋰襯底上外延生長的非極性GaN薄膜用于制備LED、LD、光電探測器或太陽能電池。
[0029]本發(fā)明的有益效果在于:
[0030](I)本發(fā)明實現(xiàn)的載體是PLD與MBE聯(lián)用鍍膜設備。
[0031 ] (2)本發(fā)明通過充分發(fā)揮PLD和MBE的各自優(yōu)點，從而達到在LiGaO2 (100)、LiAlO2(IOO)等新型襯底上外延高質量非極性GaN及其相關器件的目的:首先使用PLD在襯底上低溫外延一層高質量的GaN緩沖層，抑制Li離子擴散；然后使用MBE外延u_GaN、p-GaN、量子講等。
[0032](3) PLD低溫外延GaN緩沖層:在本底真空為10_1(lTorr的條件下，通入lO-lOOmTorr的N等離子體(RF活化)，襯底溫度使用可編程控制器(PLC)程序控溫在100-250°C，激光能量為180-280mJ/p，激光頻率為5_30Hz，靶材為7N的Ga靶。
[0033] (4)MBE外延GaN薄膜:襯底溫度為500_700°C，自傳速率為2-lOr/min，Ga的蒸發(fā)溫度為850-1150°C，氮的等離子體流量為0.5-1.5sccm, RF活化功率為350-500W。
[0034]所述生長在LiGaO2 (100)、LiAlO2(IOO)等新型襯底的非極性GaN薄膜，用于制備LED、光電探測器和太陽能電池。
[0035]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0036](I)本發(fā)明集合了 PLD和MBE各自的優(yōu)勢，并克服了傳統(tǒng)鍍膜技術的不足。
[0037](2)本發(fā)明有利于制備高質量的非極性GaN薄膜，可在高效LED器件、太陽能電池、LD制造領域發(fā)揮重要作用。
[0038](3)本發(fā)明應用范圍廣，不但適用于非極性GaN薄膜，同樣適用于極性GaN薄膜以及其它固體薄膜。
[0039](4)本發(fā)明簡單易行，具有可重復性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為鍍膜設備的原理示意圖。
[0041]圖2為實施例1制備的非極性GaN薄膜的剖面示意圖。
[0042]圖3為實施例1制備的GaN薄膜的高分辨X射線衍射(HRXRD)圖譜。
【具體實施方式】
[0043]下面，結合【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述:
[0044]實施例1
[0045]生長在鎵酸鋰襯底上的非極性GaN薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0046]I)襯底以及其晶向的選取:采用LiGaO2襯底，以(100)面偏(110)方向0.2°為外延面，晶體外延取向關系為=GaN的(1-100)面平行于LiGaO2的(100)面。
[0047]2)襯底表面拋光、清洗以及退火處理，所述退火的具體過程為:將襯底放入退火室內，在900°C下空氣氛圍中對LiGaO2襯底進行退火處理4小時然后空冷至室溫；
[0048]所述襯底表面拋光，具體為:首先將LiGaO2襯底表面用金剛石泥漿進行拋光，配合光學顯微鏡觀察襯底表面，直到?jīng)]有劃痕后，再采用化學機械拋光的方法進行拋光處理。
[0049]所述清洗，具體為:將LiGaO2襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗3分鐘，去除LiGaO2襯底表面粘污顆粒，再依次經(jīng)過鹽酸、丙酮、乙醇洗滌，去除表面有機物，用高純干燥氮氣吹干。
[0050]3)使用PLD工藝低溫外延非極性GaN緩沖層:采用PLD生長工藝，襯底溫度控制在150°C，襯底轉速為10r/min，靶基距為5cm，激光波長為248nm，激光能量為250mJ/p，頻率20Hz，氮的等離子體流量為4sCCm，RF活化功率為400W，使用高能激光蒸發(fā)7N的金屬Ga靶，在襯底上生長厚度為200nm的GaN緩沖層。
[0051]4)使用MBE工藝外延GaN薄膜:采用MBE生長工藝，將襯底溫度控制在700°C，自傳速率為5r/min，Ga的蒸發(fā)溫度為920°C，氮的等離子體流量為0.5sccm, RF活化功率為350W，在步驟3)得到的GaN緩沖層上生長厚度為400nm的GaN薄膜。
[0052]如圖1所示，本實施例的所述鍍膜方法在脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備中完成；脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備，其包括生長室腔體I ;在生長室腔體I下方的中心位置設有一個基座2，在基座2上設有1-6個均勻布置的用于放置靶材的轉盤3，所述基座2及轉盤3分別由驅動機構帶動旋轉，使得靶材即能隨基座2公轉又能隨轉盤3自轉；在生長室腔體I的下側壁上還設有若干個均勻分布的MBE蒸發(fā)源4 ;在生長室腔體I的下側壁或底壁上還設有分別與機械泵5和分子泵6連接的閥門，以便機械泵5和分子泵6對生長室抽真空；在生長室腔體I的中下方的位置設有輔助氣體管道7及RF附件，用于在鍍膜過程中及時補充O或N的等離子體；在生長室腔體I的中上方的位置設有反射高能電子衍射儀(RHEED) ；RHEED由高能電子槍和熒光屏兩部分組成，用于實時監(jiān)控薄膜的生長；在生長室腔體I的上側壁或頂壁上設有一個石英窗口 8，在生長室腔體I旁邊對應石英窗口 8的位置設有高能固體激光器9，由高能固體激光器9提供150-355nm的高能激光透過石英窗口 8照射入生長室腔體4的內部；在生長室腔體I上方的中央位置安裝有激光測距儀10、步進電機11以及安裝于步進電機11的輸出軸上的用于固定襯底14的襯底架12，在襯底架12上還設有紅外線加熱器13 ;激光測距儀10的信號輸出端與步進電機11的信號輸入端連接，由激光測距儀10檢測靶材和襯底之間的距離，步進電機11的控制器依據(jù)激光測距儀測得的距離，驅動步進電機11帶動襯底架12移動，從而調節(jié)靶材和襯底之間的距離。所述MBE蒸發(fā)源4的數(shù)量為五個。所述生長室腔體I為耐高壓合金鋼。
[0053]如圖2所示，本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的非極性GaN薄膜，它包括LiGaO2襯底21，依次生長在LiGaO2襯底上的GaN緩沖層22、GaN薄膜23 ;所述LiGaO2襯底21以(100)面偏(110)方向0.2-1°為外延面。
[0054]圖3是本實施例制備的GaN薄膜的X射線回擺曲線，GaN(1-1OO)的X射線回擺曲線的半峰寬(FWHM)值低于259arcSec，表明在LiGaO2(IOO)襯底上外延生長出了高質量的非極性GaN薄膜。
[0055]將本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜用于制備LED:在本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜上依次外延生長Si摻雜的η型摻硅GaN、InxGa1^xN多量子阱層、Mg摻雜的P型摻鎂的GaN層，最后電子束蒸發(fā)形成歐姆接觸。在鎵酸鋰襯底上制備得到的GaN基LED器件，其η型GaN的厚度約為4.8 μ m，其載流子的濃度為1.7 X IO19CnT3 ；InxGai_xN/GaN多量子阱層的厚度約為150nm，周期數(shù)為10，其中InxGai_xN阱層為3nm，GaN壘層為12nm，p型摻鎂的GaN層厚度約為300nm，其載流子的濃度為4.5X 1017cnT3。在20mA的工作電流下，LED器件的光輸出功率為5.8mff,開啟電壓值為3.20V。
[0056]將本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜用于制備光電探測器:在本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜上依次外延生長η型摻硅GaN、非摻雜GaN、P型摻鎂的GaN,最后電子束蒸發(fā)形成歐姆接觸和肖特基結。其中η型摻娃GaN厚度約為3μπι，其載流子的濃度為1.9 X IO19CnT3 ;非摻雜GaN厚度約為200nm，其載流子濃度為
3.4X IO16Cm 3 ；p型摻鎂的GaN度約為1.6 μ m。本實施例所制備的光電探測器在IV偏壓下，暗電流僅為60pA，并且器件在IV偏壓下，在356nm處響應度的最大值達到了 1.2A/W。
[0057]將本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜用于制備InGaN太陽能電池:在本實施例制備的生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜上依次生長具有成分梯度的InxGahN緩沖層，η型摻娃InxGa1^xN, InxGa1^xN多量子講層，ρ型摻鎂的InxGapxN層,最后電子束蒸發(fā)形成歐姆接觸，其中O < X≤0.2。其中，η型摻硅InxGa1J厚度約為5 μ m,其載流子的濃度為1.7 X IO19CnT35InxGahN多量子阱層，厚度約為360nm，周期數(shù)為20，其中Ina2Gaa8N阱層為3nm, Inatl8Gaa92N魚層為10nm。本工藝制備得到的太陽能電池室溫下的光電轉化效率為9.8%，短路光電流密度為39mA/cm2。
[0058]實施例2
[0059]生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0060]I)襯底以及其晶向的選取:采用LiGaO2襯底，以(100)面偏(110)方向0.5°為外延面，晶體外延取向關系為=GaN的(1-100)面平行于LiGaO2的(100)面。
[0061]2)襯底表面拋光、清洗以及退火處理，所述退火的具體過程為:將襯底放放入退火室內，在1050°C下空氣氛圍中對LiGaO2襯底進行退火處理4小時然后空冷至室溫；
[0062]所述襯底表面拋光，具體為:首先將LiGaO2襯底表面用金剛石泥漿進行拋光，配合光學顯微鏡觀察襯底表面，直到?jīng)]有劃痕后，再采用化學機械拋光的方法進行拋光處理。
[0063]所述清洗，具體為:將LiGaO2襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗5分鐘，去除LiGaO2襯底表面粘污顆粒，再依次經(jīng)過鹽酸、丙酮、乙醇洗滌，去除表面有機物，用高純干燥氮氣吹干。
[0064]3)使用PLD工藝低溫外延GaN緩沖層:采用PLD生長工藝，襯底溫度控制在200°C，襯底轉速為10r/min，靶基距為5cm，激光波長為248nm，激光能量為250mJ/p，頻率20Hz，氮的等離子體流量為4.5sccm, RF活化功率為450W，使用高能激光蒸發(fā)7N的金屬Ga靶，在襯底上生長厚度為250nm的GaN緩沖層。
[0065]4) GaN薄膜的外延生長:采用MBE生長工藝，將襯底溫度控制在700°C，自傳速率為5r/min, Ga的蒸發(fā)溫度為950°C，氮的等離子體流量為0.7sccm, RF活化功率為400W，在步驟3)得到的GaN緩沖層上生長厚度為400nm的GaN薄膜。
[0066]本實施例制備的鎵酸鋰襯底上的非極性GaN薄膜具有非常好的晶體質量，測試數(shù)據(jù)與實施例1相近，在此不再贅述。
[0067]對于本領域的技術人員來說，可根據(jù)以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種鍍膜方法，其特征在于，按以下步驟進行: 1)襯底以及其晶向的選??； 2)使用PLD工藝在襯底上低溫外延一層GaN緩沖層； 3)使用MBE工藝外延一層GaN薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的鍍膜方法，其特征在于:在步驟I)中，所述襯底為易高溫相變的新型襯底，具體為LiGaO2或LiA102。
3.根據(jù)權利要求1所述的鍍膜方法，其特征在于:在步驟2)中，具體工藝條件為:襯底溫度100-250°C，轉速為5-10r/min，靶基距為4_7cm，激光波長為150_355nm，激光能量為150-280mJ/p，頻率5_30Hz，氮的等離子體流量為4_5sccm，RF活化功率為350-500W。
4.根據(jù)權利要求1所述的鍍膜方法，其特征在于:在步驟3)中，具體工藝條件為:襯底溫度為500-700°C，自傳速率為2-10r/min，Ga的蒸發(fā)溫度為850-1150°C，氮的等離子體流量為0.5-1.5sccm, RF活化功率為350-500W。
5.根據(jù)權利要求1所述的鍍膜方法，其特征在于:所述鍍膜方法在脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備中完成；所述脈沖激光沉積與分子束外延聯(lián)用鍍膜設備，其包括生長室腔體；在生長室腔體下方的中心位置設有一個基座，在基座上設有1-6個均勻布置的用于放置靶材的轉盤，所述基座及轉盤分別由驅動機構帶動旋轉，使得靶材即能隨基座公轉又能隨轉盤自轉；在生長室腔體的下側壁上還設有若干個均勻分布的MBE蒸發(fā)源；在生長室腔體的下側壁或底壁上還設有分別與機械泵和分子泵連接的閥門，以便機械泵和分子泵對生長室抽真空；在生長室腔體的中下方的位置設有輔助氣體管道及RF附件，用于在鍍膜過程中及時補充O或N的等離子體；在生長室腔體的中上方的位置設有反射高能電子衍射儀，用于實時監(jiān)控薄膜的生長；在生長室腔體的上側壁或頂壁上設有一個石英窗口，在生長室腔體旁邊對應石英窗口的位置設有高能固體激光器，由高能固體激光器提供150-355nm的高能激光透過石英窗口照射入生長室腔體的內部；在生長室腔體上方的中央位置安裝有激光測距儀、步進電機以及安裝于步進電機的輸出軸上的用于固定襯底的襯底架，在襯底架上還設有紅外線加熱器；激光測距儀的信號輸出端與步進電機的信號輸入端連接，由激光測距儀檢測靶材和襯底之間的距離，步進電機的控制器依據(jù)激光測距儀測得的距離，驅動步進電機帶動襯底架移動，從而調節(jié)靶材和襯底之間的距離。
6.生長在鎵酸鋰襯底上的GaN薄膜的鍍膜方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)襯底以及其晶向的選取:采用LiGaO2襯底，以(001)面偏(011)方向0.2-1°為外延面，晶體外延取向關系為=GaN的(111)面平行于LiGaO2的(001)面； 2)使用PLD工藝在襯底上低溫外延一層30-300nmGaN緩沖層，抑制Li離子擴散和界面反應:襯底溫度100-250°C，轉速為5-10r/min，靶基距為4_7cm，激光波長為150_355nm，激光能量為150-280mJ/p，頻率5-30Hz，氮的等離子體流量為4-5SCCm，RF活化功率為350-500W ； 3)使用MBE工藝外延一層100-3000nmGaN薄膜:襯底溫度為500-700°C，自傳速率為2-10r/min, Ga的蒸發(fā)溫度為850-115(TC,氮的等離子體流量為0.5-1.5sccm, RF活化功率為 350-500W ； 在步驟I)和步驟2)之間還包括步驟1-1):襯底表面拋光、清洗以及退火處理。
7.應用權利要求6所述的鍍膜方法在鎵酸鋰襯底上外延生長的非極性GaN薄膜，其特征在于:它包括LiGaO2襯底，依次生長在LiGaO2襯底上的GaN緩沖層、GaN薄膜；所述LiGaO2襯底以(100)面偏(110)方向0.2-1°為外延面。
8.根據(jù)權利要求7所述的在鎵酸鋰襯底上外延生長的非極性GaN薄膜，其特征在于:所述GaN緩沖層的厚度為30-50nm ;所述GaN薄膜的厚度為100_300nm。
9.將權利要求7制備的在鎵酸鋰襯底上外延生長的非極性GaN薄膜用于制備LED、LD、光電探測器或太陽能電池。
【文檔編號】H01L21/20GK103996756SQ201410239468
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李國強 申請人:廣州市眾拓光電科技有限公司