本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的方法、生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料及其用途，具體涉及一種通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的最初期通入金屬有機(jī)化合物進(jìn)行預(yù)處理的方式來(lái)提高生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量的方法、生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料及其用于制備發(fā)光二極管和激光二極管的用途。

背景技術(shù)：

氮化鎵(galliumnitride，gan)是第三代半導(dǎo)體中最重要的材料之一，目前仍無(wú)法獲得大塊的單晶體材料，所需的氮化鎵材料通常都生長(zhǎng)在其他襯底材料上，通常采用的襯底材料包括藍(lán)寶石、硅和碳化硅等。由于襯底材料與氮化鎵晶體材料的晶格不匹配，所生長(zhǎng)獲得的氮化鎵材料含有很高密度的缺陷，其中最多的缺陷是線狀缺陷，也即穿通位錯(cuò)缺陷。對(duì)于外延生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料晶體質(zhì)量，一般通過(guò)氮化鎵薄膜晶體材料衍射面x射線衍射曲線(xrd)的半峰寬來(lái)表征。

目前在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料，通常是使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(metal-organicchemicalvapordeposition,mocvd)設(shè)備通過(guò)廣義的兩步生長(zhǎng)法進(jìn)行的。廣義的兩步生長(zhǎng)法為：①先在低溫條件下(t1，一般在500-600℃)于襯底上生長(zhǎng)一層低溫緩沖層，最常采用的緩沖層材料為氮化鎵，也有采用aln或algan材料；②升高溫度并在高溫條件下(t2，一般在1000-1100℃)生長(zhǎng)高溫氮化鎵材料。

隨著研究的深入和發(fā)展，廣義的兩步生長(zhǎng)法在實(shí)際操作過(guò)程中通常包括： 在生長(zhǎng)低溫緩沖層之前，在h2流動(dòng)的氣氛下進(jìn)行烘烤脫附，將藍(lán)寶石置于高溫t0下保溫一段時(shí)間，然后降低溫度到t1，保溫一段時(shí)間a1，生長(zhǎng)緩沖層，再升高到t2并保溫一段時(shí)間a2進(jìn)行退火處理；調(diào)整溫度到t3并保溫一段時(shí)間a3，生長(zhǎng)氮化鎵，然后升溫到t4并保溫一段時(shí)間a4，繼續(xù)生長(zhǎng)氮化鎵，得到氮化鎵材料。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量受生長(zhǎng)過(guò)程中眾多工藝材料條件的影響，其中最為重要的有兩個(gè)因素：(1)生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的低溫緩沖層的厚度和緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)，其中在t1的保溫時(shí)間a1、生長(zhǎng)緩沖層的溫度t1、壓力以及源物料配比、生長(zhǎng)速率等會(huì)影響低溫緩沖層的厚度及微觀結(jié)構(gòu)；(2)從t1升高到t2的升溫過(guò)程，以及在t2的保溫過(guò)程，會(huì)對(duì)低溫緩沖層有重要的退火作用，這層低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，也即通稱的退火重結(jié)晶過(guò)程，從t1到t2的升溫時(shí)間、溫度t2以及在t2的保溫時(shí)間a2等會(huì)影響低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響終產(chǎn)物氮化鎵薄膜材料的質(zhì)量。因而可以針對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，降低氮化鎵薄膜材料的位錯(cuò)密度，提高其晶體質(zhì)量。

通過(guò)大量的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得的氮化鎵薄膜材料的較佳生長(zhǎng)條件下，可以獲得相對(duì)較好質(zhì)量的氮化鎵晶體，但是基于上述通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化生長(zhǎng)氮化鎵材料的方法，生長(zhǎng)獲得的氮化鎵材料的晶體的質(zhì)量強(qiáng)烈地依賴于工藝生長(zhǎng)條件，當(dāng)這些條件有較小幅度的波動(dòng)時(shí)，氮化鎵的晶體質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)明顯的惡化(表現(xiàn)為xrd半峰寬變大)，類似這種對(duì)工藝條件的強(qiáng)烈依賴關(guān)系一般稱為工藝窗口小。

因而，當(dāng)需要穩(wěn)定地獲得較高質(zhì)量的氮化鎵材料時(shí)，對(duì)材料生長(zhǎng)的溫度、流場(chǎng)等多種工藝條件提出了嚴(yán)苛的要求，進(jìn)而對(duì)材料生長(zhǎng)設(shè)備的精確度和重復(fù) 性、以及源物料及環(huán)境條件等都提出了幾乎苛刻的要求。而且，單純采用上述對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化生長(zhǎng)氮化鎵材料的方法很難進(jìn)一步減少氮化鎵材料中的位錯(cuò)缺陷的密度，仍不能滿足基于氮化鎵材料的應(yīng)用的需求，氮化鎵晶體質(zhì)量仍有待進(jìn)一步提高。

因而，有必要開發(fā)一種具有較寬的工藝窗口且簡(jiǎn)單易行地提高在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料晶體質(zhì)量的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有通用技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有較寬的工藝窗口且簡(jiǎn)單易行地提高在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量的方法。通過(guò)該方法制備得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量好，相對(duì)傳統(tǒng)方法制備得到的氮化鎵材料，其(002)衍射面的半峰寬可以減小10角秒-80角秒，(102)衍射面的半峰寬可以減小30角秒-110角秒，同時(shí)，本發(fā)明所述方法還可以降低生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化鎵晶體對(duì)生長(zhǎng)條件的依賴程度，具有較寬的氮化鎵生長(zhǎng)工藝窗口。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的方法，所述方法包括以下步驟：

s0將藍(lán)寶石襯底置于反應(yīng)室中，加熱藍(lán)寶石襯底，在加熱的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物，進(jìn)行預(yù)處理；

s1在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵，獲得生長(zhǎng)于藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵材料。

本發(fā)明通過(guò)在加熱藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物，起到了促進(jìn)藍(lán)寶石表面氧原子的脫附，以及在藍(lán)寶石表面沉積金屬原子的作用，從而影響后續(xù)的低溫緩沖層的生長(zhǎng)過(guò)程及生長(zhǎng)得到的低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)， 進(jìn)而影響生長(zhǎng)高溫氮化鎵材料的過(guò)程，降低得到的氮化鎵材料中的位錯(cuò)缺陷密度，提高了在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量，本發(fā)明制備得到的氮化鎵材料相比現(xiàn)有通用技術(shù)制備得到的氮化鎵晶體質(zhì)量更好，藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬相比現(xiàn)有通用技術(shù)制備得到的氮化鎵材料大幅減小，(002)衍射面的半峰寬可以減小10角秒-80角秒，(102)衍射面的半峰寬可以減小30角秒-110角秒，對(duì)于平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料，(002)衍射面半峰寬減小可達(dá)20角秒-80角秒，(102)衍射面半峰寬減小可達(dá)50角秒-110角秒；對(duì)于圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料，(002)衍射面半峰寬減小可達(dá)10角秒-70角秒，(102)衍射面半峰寬減小可達(dá)30角秒-90角秒。

而且，本發(fā)明所述方法還可以擴(kuò)大步驟s0之后進(jìn)行的s1在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵的過(guò)程中各步驟的工藝窗口，緩沖層厚度和退火處理的保溫時(shí)間可以在更寬的范圍內(nèi)配合性地變化而不導(dǎo)致氮化鎵材料晶體質(zhì)量下降，緩沖層厚度的范圍為10nm-50nm，退火處理的保溫時(shí)間的范圍為0分鐘-15分鐘，所述“配合性地”是指：不管是緩沖層厚度還是退火處理的保溫時(shí)間，都不是相互獨(dú)立的，而是相互影響的，舉例說(shuō)明：本發(fā)明可以在緩沖層厚度低至10nm時(shí)，仍得到高晶體質(zhì)量的氮化鎵材料，但此目的的實(shí)現(xiàn)需要調(diào)整合適的退火處理的保溫時(shí)間以及其他的因素。再舉例說(shuō)明，本發(fā)明可以在退火處理的保溫時(shí)間為0分鐘的條件下仍得到高晶體質(zhì)量的氮化鎵材料，但此目的的實(shí)現(xiàn)需要調(diào)整合適的緩沖層厚度以及其他因素。

需要指出的是，盡管本發(fā)明所述的緩沖層厚度和退火處理的保溫時(shí)間具有更大的工藝窗口的實(shí)現(xiàn)需要配合性地調(diào)整，但本領(lǐng)域的人員應(yīng)當(dāng)知曉，相對(duì)于 現(xiàn)有通用技術(shù)仍是有顯著的突出性進(jìn)步的，因?yàn)樵诂F(xiàn)有通用技術(shù)中，在保持所生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量不下降的前提下，即使調(diào)節(jié)退火處理的保溫時(shí)間，緩沖層的厚度也達(dá)不到本發(fā)明所述10nm-50nm的范圍，而且，即使調(diào)節(jié)緩沖層厚度，保溫時(shí)間也達(dá)不到本發(fā)明所述的0分鐘-15分鐘的范圍。

進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明的緩沖層厚度在20nm-40nm范圍內(nèi)變化，并配合性地調(diào)整其他因素時(shí)，晶體質(zhì)量不會(huì)下降，而現(xiàn)有通用技術(shù)中若緩沖層厚度在20nm-40nm變化，則會(huì)導(dǎo)致晶體質(zhì)量明顯下降。本發(fā)明的退火處理的保溫時(shí)間在2分鐘-6分鐘范圍內(nèi)變化，并配合性地調(diào)整其他因素時(shí)，晶體質(zhì)量不會(huì)下降，而現(xiàn)有通用技術(shù)中若退火處理的保溫時(shí)間在2分鐘-6分鐘范圍內(nèi)變化時(shí)，晶體質(zhì)量會(huì)明顯下降。

本發(fā)明所述方法中s0的預(yù)處理起到了促進(jìn)藍(lán)寶石表面氧原子的脫附，以及在藍(lán)寶石表面沉積金屬原子的作用，其作用機(jī)理具體如下：

通過(guò)在加熱藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物，在藍(lán)寶石襯底表面分解出游離的金屬原子，游離的金屬原子有兩方面的作用：

第一方面的作用是促進(jìn)藍(lán)寶石表面氧原子的脫附。游離的金屬原子作為表面反應(yīng)催化劑促進(jìn)藍(lán)寶石襯底最表面的一層氧原子脫離襯底，使藍(lán)寶石襯底最表面一層的原子是al，從而影響低溫緩沖層的生長(zhǎng)過(guò)程及生長(zhǎng)得到的低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響生長(zhǎng)高溫氮化鎵的過(guò)程，降低得到的氮化鎵材料中的位錯(cuò)缺陷密度，提高氮化鎵材料晶體的質(zhì)量。相比現(xiàn)有通用技術(shù)中通過(guò)在h2氣氛中加熱藍(lán)寶石襯底使藍(lán)寶石襯底最表層的一層氧原子脫離，本發(fā)明所述方法在加熱藍(lán)寶石襯底過(guò)程中通入第一金屬有機(jī)物，可以產(chǎn)生加熱以及催化的協(xié)同作用，此過(guò)程中可以在h2氣氛下進(jìn)行，也可以不在h2氣氛下進(jìn)行，可以在相對(duì) 現(xiàn)有通用技術(shù)更低的溫度以及更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底最表層的一層氧原子的脫附，傳統(tǒng)的烘烤脫附一般要1050℃以上，本發(fā)明可在溫度低至800℃時(shí)通入金屬有機(jī)化合物實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底最表層的氧原子的脫附。

第二方面的作用是在藍(lán)寶石表面沉積金屬原子。游離的金屬原子在藍(lán)寶石表面沉積一個(gè)原子層的金屬原子，具體沉積的原子的類別和成分與通入的金屬有機(jī)化合物的種類有關(guān)，這單一原子層的金屬原子的沉積可以很大程度地改善生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步大幅改善生長(zhǎng)在其上的氮化鎵材料的質(zhì)量。對(duì)低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)的影響，最主要表現(xiàn)在增大了低溫緩沖層中微觀晶粒的橫向尺寸以及使得微觀晶粒的取向性更一致。

本發(fā)明所述加熱藍(lán)寶石襯底的過(guò)程包括升溫階段、保溫階段和降溫階段。

優(yōu)選地，所述保溫階段的溫度為800℃-1200℃，例如可為800℃、850℃、900℃、1000℃、1100℃、1150℃或1200℃等，優(yōu)選為900℃-1100℃，進(jìn)一步優(yōu)選為1000℃。

優(yōu)選地，所述保溫階段的時(shí)間為30秒-30分鐘，例如可為30秒、40秒、60秒、2分鐘、4分鐘、5分鐘、7分鐘、10分鐘、13分鐘、16分鐘、20分鐘、22分鐘、25分鐘、28分鐘或30分鐘等，優(yōu)選為5分鐘-10分鐘。

本發(fā)明所述藍(lán)寶石襯底的成分為單晶al2o3，包括平片藍(lán)寶石襯底和圖形化藍(lán)寶石襯底(patternedsapphiresubstrate,pss)。

關(guān)于第一金屬有機(jī)物的開始通入時(shí)機(jī)，可以在加熱藍(lán)寶石襯底的整個(gè)過(guò)程的某一時(shí)間點(diǎn)開始通入，該時(shí)間點(diǎn)可以在升溫階段，也可以在保溫階段，還可以在降溫階段。

關(guān)于第一金屬有機(jī)物的結(jié)束通入時(shí)機(jī)，也可以在加熱藍(lán)寶石襯底的整個(gè)過(guò) 程的某一時(shí)間點(diǎn)結(jié)束通入，并保證結(jié)束通入的時(shí)間點(diǎn)在開始通入的時(shí)間點(diǎn)之后。結(jié)束通入的時(shí)間點(diǎn)可以在升溫階段，也可以在保溫階段，還可以在降溫階段。

更優(yōu)選地，在保溫階段開始時(shí)通入第一金屬有機(jī)物，并在保溫階段結(jié)束時(shí)結(jié)束通入第一金屬有機(jī)物。

本發(fā)明所述在升溫階段、保溫階段和降溫階段均是時(shí)間段，以升溫階段舉例說(shuō)明：升溫階段是一個(gè)時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)溫度是逐漸升高的，所述“在升溫階段開始通入第一金屬有機(jī)物”是指，在升溫階段內(nèi)的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)都可以開始第一金屬有機(jī)物的通入。所述“在升溫階段結(jié)束通入第一金屬有機(jī)物”是指，在升溫階段內(nèi)的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)都可以結(jié)束第一金屬有機(jī)物的通入，同時(shí)包含一個(gè)隱含條件是該結(jié)束通入的時(shí)間點(diǎn)在開始通入的時(shí)間點(diǎn)之后。

再以保溫階段舉例說(shuō)明：保溫階段也是一個(gè)時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)，溫度是不變的，所述“在保溫階段開始通入第一金屬有機(jī)物”是指，在保溫階段的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)都可以開始第一金屬有機(jī)物的通入。所述“在保溫階段結(jié)束通入第一金屬有機(jī)物”是指，在保溫階段的每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)都可以結(jié)束第一金屬有機(jī)物的通入，同時(shí)也包含一個(gè)隱含條件是結(jié)束通入的時(shí)間點(diǎn)在開始通入的時(shí)間點(diǎn)之后。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述“在加熱的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物”，所述通入按如下方式進(jìn)行：用很小流量的載氣，將位于源瓶中的第一金屬有機(jī)物液體所蒸發(fā)出的金屬有機(jī)化合物蒸汽攜帶出來(lái)進(jìn)入反應(yīng)室。

本發(fā)明所述載氣為氫氣、氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣中的任意一種或至少兩種的混合氣體，優(yōu)選為氫氣，氮?dú)?，或氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。所述載氣通入反應(yīng)室之后，其合并到本發(fā)明所述吹掃氣體中。

優(yōu)選地，第一金屬有機(jī)物為含鋁、鎵或銦中的任意一種或至少兩種元素的金屬有機(jī)化合物，優(yōu)選為三甲基鋁、三甲基鎵、三乙基鎵或三甲基銦中的任意一種或至少兩種的混合物，所述混合物典型但非限制性實(shí)例有：三甲基鋁與三甲基鎵的混合物，三甲基鋁與三乙基鎵的混合物，三甲基鎵與三甲基銦的混合物，三甲基鋁、三甲基鎵與三乙基鎵的混合物，三甲基鋁、三乙基鎵與三甲基銦的混合物等。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述游離的金屬原子的種類與通入的第一金屬有機(jī)物的種類有關(guān)，當(dāng)通入的第一金屬有機(jī)物為單一種類時(shí)，產(chǎn)生的游離的金屬原子也相應(yīng)地為單一種類的金屬原子，例如當(dāng)通入的第一金屬有機(jī)物為三甲基鎵時(shí)，產(chǎn)生的游離的金屬原子為鎵原子；當(dāng)通入的第一金屬有機(jī)物為至少兩種的混合物時(shí)，產(chǎn)生的游離的金屬原子相應(yīng)地為通入的這兩種金屬有機(jī)化合物中的金屬原子的組合，例如當(dāng)通入的第一金屬有機(jī)物為三甲基鋁、三乙基鎵與三甲基銦的混合物時(shí)，產(chǎn)生的金屬原子為鋁原子、鎵原子與銦原子的組合。

優(yōu)選地，本發(fā)明藍(lán)寶石表面沉積的金屬原子的種類與通入的第一金屬有機(jī)物的種類有關(guān)，且表面沉積的金屬原子的種類與產(chǎn)生的游離的金屬原子種類相同。舉例說(shuō)明，當(dāng)通入的第一金屬有機(jī)物為三甲基鎵時(shí)，產(chǎn)生的游離的金屬原子為鎵原子，表面沉積的金屬原子也為鎵原子。

優(yōu)選地，所述在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵具體包括：s1-1在步驟s0降溫至第一溫度時(shí)，通入第二金屬有機(jī)物和氮源氣體，在襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

s1-2停止通入第二金屬有機(jī)物，仍通有氮源氣體，將藍(lán)寶石襯底升溫至第二溫度并保溫，對(duì)緩沖層進(jìn)行退火處理；

s1-3調(diào)整溫度至第三溫度，然后通入第三金屬有機(jī)物，保溫，生長(zhǎng)氮化鎵；

s1-4升溫至第四溫度，保溫，繼續(xù)生長(zhǎng)氮化鎵，得到氮化鎵材料，停止通入第三金屬有機(jī)物；

其中，從第三溫度升溫至第四溫度的過(guò)程中，保持第三金屬有機(jī)物的通入，或者停止第三金屬有機(jī)物的通入并在升溫至第四溫度時(shí)恢復(fù)第三金屬有機(jī)物的通入。

優(yōu)選地，氮源氣體為氨氣(nh3)、聯(lián)氨(n2h4)或苯肼(n2h3(c6h5))中的任意一種或至少兩種的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選為氨氣。

優(yōu)選地，所述第一溫度為500℃-600℃，例如可為520℃、550℃、580℃或600℃等。所述緩沖層的厚度優(yōu)選為10nm-50nm，例如可為10nm、13nm、15nm、20nm、22nm、25nm、30nm、33nm、36nm、40nm、45nm或48nm等。通過(guò)在加熱藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物以進(jìn)行預(yù)處理，可以使后續(xù)生長(zhǎng)氮化鎵的過(guò)程中，生長(zhǎng)緩沖層的厚度的范圍更大，從現(xiàn)有通用技術(shù)的20-35nm甚至更窄的范圍使其在配合調(diào)整其他因素的條件下提高到了10nm-50nm，降低了操作的苛刻程度，提高了工業(yè)生產(chǎn)中的可操作性。

優(yōu)選地，所述第二溫度為900℃-1100℃，例如900℃、920℃、950℃、970℃、1000℃、1060℃或1100℃等。

優(yōu)選地，s1-2中所述保溫的時(shí)間為0分鐘-15分鐘，例如可為0分鐘、0.5分鐘、1分鐘、2分鐘、3分鐘、5分鐘、7分鐘、8分鐘、10分鐘、12分鐘或14分鐘等，優(yōu)選為1分鐘-8分鐘；本發(fā)明所述從第一溫度升溫到第二溫度的升溫過(guò)程以及在第二溫度的保溫過(guò)程發(fā)生退火過(guò)程，所述保溫時(shí)間可為0分鐘，意指可以不進(jìn)行第二溫度的保溫。本發(fā)明通過(guò)在加熱藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中向反應(yīng)室通入第一金屬有機(jī)物，進(jìn)行預(yù)處理，使得此保溫時(shí)間范圍擴(kuò)大到了0分鐘-15 分鐘，相對(duì)現(xiàn)有通用技術(shù)中的4分鐘-6分鐘，工藝窗口擴(kuò)大了。需要指出的是，本發(fā)明的退火處理的保溫時(shí)間0分鐘-15分鐘或現(xiàn)有通用技術(shù)的4分鐘-6分鐘的實(shí)現(xiàn)都是與其他參數(shù)例如緩沖層厚度等參數(shù)緊密相關(guān)配合實(shí)現(xiàn)的。

優(yōu)選地，所述第三溫度為900℃-1100℃，例如可為900℃、930℃、950℃、1000℃、1020℃、1050℃或1100℃等，優(yōu)選為950℃-1050℃。

優(yōu)選地，s1-3中所述保溫的時(shí)間為5分鐘-90分鐘，例如可為5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、30分鐘、33分鐘、35分鐘、40分鐘、50分鐘、60分鐘、65分鐘、70分鐘、80分鐘或90分鐘等，優(yōu)選為10-30分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為20分鐘。

優(yōu)選地，所述第四溫度為1000℃-1200℃，例如可為1000℃、1020℃、1050℃、1100℃或1150℃等，優(yōu)選為1050℃-1150℃，s1-4中所述保溫的時(shí)間為20分鐘-60分鐘，優(yōu)選為40分鐘。

本發(fā)明得到的氮化鎵材料的厚度為3μm-6μm，例如可為3μm、4μm、4.5μm、5μm或6μm等，所述氮化鎵材料的厚度指步驟s1-3和步驟s1-4生長(zhǎng)的氮化鎵的總厚度。

需要說(shuō)明的是，在實(shí)際測(cè)量時(shí)測(cè)量的厚度中包含步驟s1-1生長(zhǎng)得到的緩沖層的厚度，緩沖層的厚度相對(duì)氮化鎵的厚度來(lái)說(shuō)是非常薄的。

本發(fā)明所述“提高藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料晶體質(zhì)量”指的主要是提高了步驟s1-4生長(zhǎng)得到的氮化鎵的質(zhì)量，而步驟s1-3生長(zhǎng)得到的氮化鎵作為過(guò)渡層。

優(yōu)選地，所述第二金屬有機(jī)物為三甲基鋁、三甲基鎵或三乙基鎵中的任意一種或至少兩種的混合物，所述混合物典型但非限制性實(shí)例有：三甲基鋁與三 甲基鎵的混合物，三甲基鋁與三乙基鎵的混合物，三甲基鋁、三甲基鎵與三乙基鎵的混合物。

優(yōu)選地，所述第三金屬有機(jī)物為三甲基鎵和/或三乙基鎵。

本發(fā)明所述“三甲基鎵和/或三乙基鎵”指：可以是三甲基鎵，也可以是三乙基鎵，還可以是三甲基鎵和三乙基鎵的混合物。

優(yōu)選地，在s0和s1過(guò)程中反應(yīng)室通有吹掃氣體，以維持反應(yīng)室流場(chǎng)，這是由于作為源物料的氣體流量本身不夠反應(yīng)室建立流場(chǎng)所需。

本發(fā)明所述吹掃氣體為氫氣、氮?dú)狻⒑?、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣中的任意一種或至少兩種的混合氣體，優(yōu)選為氫氣，氮?dú)猓驓錃夂偷獨(dú)獾幕旌蠚怏w。

本發(fā)明所述方法中，第一金屬有機(jī)物的通入量是很重要的因素，會(huì)影響生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量的好壞。通入量可以通過(guò)控制本發(fā)明所述載氣帶入反應(yīng)室的第一金屬有機(jī)物的流量、第一金屬有機(jī)物的源瓶溫度以及源瓶壓力這些因素共同作用。第一金屬有機(jī)物的通入量與反應(yīng)室的大小有關(guān)，典型但非限制性的示例如下：對(duì)于石墨托盤直徑為540mm的mocvd反應(yīng)室，由載氣帶入反應(yīng)室的三甲基鎵的流量為300sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘)，三甲基鎵液體源瓶的溫度為5℃，源瓶壓力為1300mbar。

本發(fā)明所述第一金屬有機(jī)物的通入量應(yīng)根據(jù)反應(yīng)室的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以上述示例作為具體例進(jìn)行說(shuō)明，若反應(yīng)室的橫截面積變?yōu)樯鲜鍪纠蟹磻?yīng)室橫截面積的n(n為大于0.1而小于10的正數(shù))倍，則相應(yīng)地調(diào)整由所述載氣帶入反應(yīng)室的第一金屬有機(jī)物的流量、第一金屬有機(jī)物的源瓶溫度以及源瓶壓力這些因素共同作用控制的第一金屬有機(jī)物的通入量為上述示例中通入量的n倍。

作為本發(fā)明所述方法的優(yōu)選技術(shù)方案，一種在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的方法，所述方法包括以下步驟：

s0將藍(lán)寶石襯底置于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室中，在h2作為吹掃氣體的氣氛條件下，在保溫階段開始時(shí)通入三甲基鎵，并在保溫階段結(jié)束時(shí)停止通入三甲基鎵，所述保溫階段的溫度為1000℃，所述保溫階段的時(shí)間為8分鐘；

s1-1在步驟s0降溫至500-600℃時(shí)，通入三甲基鎵和nh3，在襯底上生長(zhǎng)20nm-40nm的緩沖層；

s1-2停止通入三甲基鎵，仍通有nh3，將藍(lán)寶石襯底升溫至第二溫度1100℃并保溫1分鐘-8分鐘，對(duì)緩沖層進(jìn)行退火；

s1-3降低溫度到第三溫度1000℃，通入三甲基鎵，保溫20分鐘，生長(zhǎng)氮化鎵；

s1-4升高到第四溫度1100℃，保溫40分鐘，繼續(xù)生長(zhǎng)氮化鎵，得到3μm-6μm厚度的氮化鎵材料，停止通入三甲基鎵；

其中，從第三溫度1000℃升溫至第四溫度1100℃的過(guò)程中，保持三甲基鎵的通入。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種如第一方面所述方法制備得到的氮化鎵材料，所述氮化鎵材料的晶體質(zhì)量很高，平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別為130角秒-190角秒和190角秒-250角秒；圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別為160角秒-220角秒和140角秒-200角秒。

本發(fā)明所述氮化鎵材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬的數(shù)值越小，說(shuō)明該氮化鎵材料的晶體質(zhì)量越好。

本發(fā)明所述方法得到的在平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料的xrd(002)衍射面的半峰寬為130角秒-190角秒，例如可為130角秒、135角秒、138角秒、140角秒、145角秒、150角秒、155角秒、160角秒、165角秒、170角秒、172角秒、175角秒、180角秒、或190角秒等。

本發(fā)明所述方法得到的在平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料的xrd(102)衍射面的半峰寬為190角秒-250角秒，例如可為190角秒、195角秒、200角秒、202角秒、205角秒、210角秒、215角秒、220角秒、225角秒、228角秒、230角秒、235角秒、245角秒或250角秒等。

本發(fā)明所述方法得到的在圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料的xrd(002)衍射面的半峰寬為160角秒-220角秒，例如可為160角秒、165角秒、170角秒、172角秒、175角秒、180角秒、185角秒、190角秒、193角秒、195角秒、200角秒、205角秒、210角秒、215角秒或220角秒等。

本發(fā)明所述方法得到的在圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料的xrd(102)衍射面的半峰寬為140角秒-200角秒，例如可為140角秒、145角秒、148角秒、150角秒、155角秒、160角秒、165角秒、170角秒、175角秒、180角秒、182角秒、185角秒、195角秒或200角秒等。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種如上所述的氮化鎵材料的用途，所述氮化鎵材料用于制備發(fā)光二極管(light-emittingdiode，led)和激光二極管(laserdiode，ld)，優(yōu)選為采用本發(fā)明的氮化鎵材料作為基底在其上生長(zhǎng)材料而制備發(fā)光二極管或激光二極管。由于本發(fā)明所述方法制備得到的氮化鎵材料晶體質(zhì)量很高，所以生長(zhǎng)在本發(fā)明所述氮化鎵材料上的器件如led和ld的性能也能得到有效提升，例如抗漏電性能和抗靜電性能得到明顯改善。

本發(fā)明中，在氮化鎵材料上生長(zhǎng)材料的技術(shù)為現(xiàn)有通用技術(shù)，本領(lǐng)域人員可以根據(jù)現(xiàn)有通用技術(shù)公開的方法進(jìn)行制備，所述生長(zhǎng)在氮化鎵材料基底上的材料例如可包含但不僅限于以下任意一種或至少兩種材料的組合，典型但非限制性的單層可以是：氮化鎵材料，摻si的氮化鎵材料(gan:si)，摻mg的氮化鎵材料(gan:mg)，algan材料，摻si的algan材料(algan:si)，摻mg的algan材料(algan:mg)，ingan材料，摻si的ingan材料(ingan:si)，摻mg的ingan材料(ingan:mg)，algainn材料，摻si的algainn材料(algainn:si)，摻mg的algainn材料(algainn:mg)等。所述組合是指多層材料依次生長(zhǎng)在氮化鎵材料基底上，所述多層可以是幾層、數(shù)十層或數(shù)百層，每一層的材料種類可以相同也可以不同，典型但非限制性的組合可以是：氮化鎵材料與摻si的氮化鎵材料交替生長(zhǎng)形成的組合，摻si的氮化鎵材料與ingan材料交替生長(zhǎng)形成的組合，摻mg的氮化鎵材料與摻mg的algan材料交替生長(zhǎng)形成的組合，上述列舉的以及本領(lǐng)域公知而未列舉的單層以及組合，都只是led或ld結(jié)構(gòu)的組成部分。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的最初期通入第一金屬有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，起到了促進(jìn)藍(lán)寶石表面氧原子的脫附，以及在藍(lán)寶石表面沉積金屬原子的作用，除了可以通過(guò)催化作用促進(jìn)藍(lán)寶石襯底最表面一層氧原子的脫附之外，更重要的是可以極大地改善生長(zhǎng)在襯底上的低溫緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步大幅改善生長(zhǎng)在其上的氮化鎵材料的晶體質(zhì)量，可穩(wěn)定地獲得高晶體質(zhì)量的氮化鎵薄膜晶體材料；

(2)本發(fā)明所述方法使后續(xù)生長(zhǎng)氮化鎵材料的過(guò)程中的工藝窗口增大了很多，后續(xù)生長(zhǎng)的低溫緩沖層的厚度由現(xiàn)有通用技術(shù)的20nm-35nm增大到 10nm-50nm、退火時(shí)間由現(xiàn)有通用技術(shù)的4分鐘-6分鐘增大到0分鐘-15分鐘，提高了工業(yè)生產(chǎn)中的可操作性，使生產(chǎn)條件的苛刻程度降低，可穩(wěn)定地生長(zhǎng)出高質(zhì)量的氮化鎵材料，對(duì)于平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料，其xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別可低至130角秒和190角秒；對(duì)于圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵材料，其xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別可低至160角秒和140角秒；

(3)在本發(fā)明所述氮化鎵材料上生長(zhǎng)得到的led和ld的性能如抗漏電性和抗靜電性得到了很大提升。

附圖說(shuō)明

圖1(a)和圖1(b)分別是本發(fā)明具體實(shí)施方式1得到的氮化鎵薄膜材料經(jīng)x射線衍射測(cè)量的(002)衍射面和(102)衍射面的搖擺曲線；

圖2(a)和圖2(b)分別是本發(fā)明具體實(shí)施方式9得到的氮化鎵薄膜材料經(jīng)x射線衍射測(cè)量的(002)衍射面和(102)衍射面的搖擺曲線；

圖3(a)和圖3(b)分別是本發(fā)明具體實(shí)施方式1和對(duì)比例2得到的氮化鎵薄膜材料經(jīng)x射線衍射測(cè)量的(002)衍射面和(102)衍射面搖擺曲線對(duì)比圖；

圖4(a)和圖4(b)分別是本發(fā)明具體實(shí)施方式9和對(duì)比例6得到的氮化鎵薄膜材料經(jīng)x射線衍射測(cè)量的(002)衍射面和(102)衍射面的搖擺曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

(1)將作為生長(zhǎng)所用襯底的平片藍(lán)寶石片置于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(mocvd)的反應(yīng)室中的石墨托盤上，在h2流動(dòng)的氣氛條件下將石墨托盤的溫度升高到1000℃；在1000℃的條件下，向反應(yīng)室中通入三甲基鎵(tmga)，并保溫5分鐘，完成對(duì)藍(lán)寶石表面的預(yù)處理；

典型地，對(duì)于石墨托盤直徑為540mm的mocvd反應(yīng)室，由載氣帶入反應(yīng)室的三甲基鎵的流量為300sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘)，這里所對(duì)應(yīng)的三甲基鎵液體源瓶的溫度為5℃，源瓶壓力為1300mbar。

(2)停止向反應(yīng)室通入三甲基鎵，并將石墨托盤溫度降低到550℃，隨后通過(guò)向反應(yīng)室通入三甲基鎵和氨氣(nh3)，在藍(lán)寶石襯底表面生長(zhǎng)30nm厚的氮化鎵緩沖層；

(3)停止向反應(yīng)室通入三甲基鎵，終止生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層，仍保持nh3流動(dòng)的氣氛條件，將石墨托盤溫度升高到1000℃，并保溫4分鐘，完成對(duì)氮化鎵低溫緩沖層的退火處理；

(4)隨即開始向反應(yīng)室通入三甲基鎵，在1000℃條件下開始生長(zhǎng)氮化鎵，生長(zhǎng)過(guò)程維持20分鐘；

(5)用5分鐘時(shí)間逐漸將生長(zhǎng)溫度升高到1100℃，在此升溫過(guò)程中保持氮化鎵材料的生長(zhǎng)，隨后在1100℃的溫度下生長(zhǎng)氮化鎵；

(6)當(dāng)所生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜的厚度達(dá)到5μm時(shí)，停止向反應(yīng)室通入三甲基鎵，終止生長(zhǎng)，在nh3流動(dòng)的氣氛下，將石墨托盤的溫度降低到室溫，即可得到生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵薄膜材料。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，典型的(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為210 ±5角秒。

實(shí)施例2

除步驟(1)外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例(1)步驟具體如下：

將作為生長(zhǎng)所用襯底的平片藍(lán)寶石片置于mocvd的反應(yīng)室中的石墨托盤上，在n2流動(dòng)的氣氛條件下將石墨托盤的溫度升高到800℃；在800℃的條件下，向反應(yīng)室中通入三甲基鎵(tmga)，并保溫10分鐘，完成對(duì)藍(lán)寶石表面的預(yù)處理；

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為210±5角秒。

實(shí)施例3

除步驟(1)外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例(1)步驟具體如下：

將作為生長(zhǎng)所用襯底的平片藍(lán)寶石片置于mocvd的反應(yīng)室中的石墨托盤上，在h2流動(dòng)的氣氛條件下將石墨托盤的溫度升高到1200℃；在1200℃的條件下，向反應(yīng)室中通入三甲基鎵(tmga)，并保溫2分鐘，完成對(duì)藍(lán)寶石表面的預(yù)處理；

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為210±5角秒。

實(shí)施例4

除步驟(1)的保溫時(shí)間從5分鐘變?yōu)?5分鐘外，其他制備方法和條件與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為210±5角秒。

通過(guò)實(shí)施例1和實(shí)施例4可知，在加熱平片藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中通入金屬有機(jī)物，步驟(1)的保溫時(shí)間的工藝窗口是很大的，保溫時(shí)間為5分鐘和15分鐘的條件下，并控制其他步驟的條件，均能制備得到高質(zhì)量的氮化鎵材料。

實(shí)施例5

除步驟(2)中氮化鎵緩沖層的厚度為20nm外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

實(shí)施例6

除步驟(2)中氮化鎵緩沖層的厚度為40nm外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

實(shí)施例7

除步驟(3)中升高到1000℃后保溫2分鐘外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

實(shí)施例8

除步驟(3)中升高到1000℃后保溫6分鐘外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

通過(guò)實(shí)施例1-8可以看出，采用本發(fā)明所述的方法，在兩步法生長(zhǎng)氮化鎵過(guò)程中，在較大的工藝窗口仍可獲得晶體質(zhì)量好的氮化鎵薄膜材料，體現(xiàn)了本發(fā)明可大幅擴(kuò)大低溫緩沖層的生長(zhǎng)和升溫退火過(guò)程的工藝窗口。

實(shí)施例9

除步驟(1)中采用的襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值可達(dá)到180±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值可達(dá)到160±5角秒。

實(shí)施例10

除步驟(1)中向反應(yīng)室同時(shí)通入金屬有機(jī)源三甲基鎵(tmga)和三甲基鋁(tmal)外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

實(shí)施例11

除步驟(2)中生長(zhǎng)低溫緩沖層時(shí)，同時(shí)向反應(yīng)室通入的金屬有機(jī)源為三甲基鎵(tmga)和三甲基鋁(tmal)外，其他制備條件和方法與實(shí)施例1相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料，(002)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到150±5角秒，(102)衍射面半峰寬的典型數(shù)值也可達(dá)到210±5角秒。

對(duì)比例1

除步驟(1)外，其他制備方法和條件與實(shí)施例1相同。

本對(duì)比例中的步驟(1)如下：

(1)將作為生長(zhǎng)所用襯底的平片藍(lán)寶石片置于mocvd的反應(yīng)室中的石墨托盤上，在h2流動(dòng)的氣氛條件下將石墨托盤的溫度升高到1000℃，并保持5分鐘。

本對(duì)比例中使用的藍(lán)寶石襯底的種類、mocvd機(jī)臺(tái)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中升溫和降溫時(shí)的速率等條件均保持與實(shí)施例1相同。

本對(duì)比例中生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為240±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為330±5角秒。

通過(guò)對(duì)比例1和實(shí)施例1進(jìn)行比較可知，對(duì)比例1得到的氮化鎵薄膜材料的xrd(002)衍射面半峰寬為240±5角秒，實(shí)施例1得到的氮化鎵薄膜材料的xrd(002)衍射面半峰寬為150±5角秒；對(duì)比例1得到的氮化鎵薄膜材料的xrd(102)衍射面半峰寬為330±5角秒，實(shí)施例1得到的氮化鎵薄膜材料的xrd(102)衍射面半峰寬為210±5角秒。通過(guò)對(duì)比可以得出在加熱平片藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中通入金屬有機(jī)物三甲基鎵進(jìn)行預(yù)處理，可以改善在平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量。

對(duì)比例2

除步驟(1)中保持時(shí)間從5分鐘變?yōu)?5分鐘外，其他制備方法和條件與對(duì)比例1相同。

本對(duì)比例生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量， (002)衍射面半峰寬的數(shù)值為210±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為300±5角秒。

通過(guò)對(duì)比例2與對(duì)比例1比較可知，將步驟(1)的保溫時(shí)間從5分鐘延長(zhǎng)到15分鐘，可以提高得到的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)比例2與實(shí)施例4比較可知，在加熱平片藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中通入金屬有機(jī)物三甲基鎵進(jìn)行預(yù)處理，可以改善在平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量。

對(duì)比例3

除步驟(2)中氮化鎵緩沖層的厚度為20nm外，其他制備條件和方法與對(duì)比例2相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為250±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為330±5角秒。

對(duì)比例4

除步驟(2)中氮化鎵緩沖層的厚度為40nm外，其他制備條件和方法與對(duì)比例2相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為240±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為350±5角秒。

通過(guò)對(duì)比例3-4與對(duì)比例2比較可以看出，采用現(xiàn)有通用技術(shù)的兩步生長(zhǎng)法生長(zhǎng)氮化鎵時(shí)，工藝窗口小，對(duì)氮化鎵緩沖層的厚度要求苛刻，厚度變化會(huì)導(dǎo)致得到的氮化鎵薄膜材料的質(zhì)量下降。

對(duì)比例5

除步驟(3)中升高到1000℃后保溫2分鐘外，其他制備條件和方法與對(duì)比 例2相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為250±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為350±5角秒。

通過(guò)對(duì)比例5與對(duì)比例2比較可以看出，采用現(xiàn)有通用技術(shù)的兩步生長(zhǎng)法生長(zhǎng)氮化鎵時(shí)，工藝窗口小，對(duì)步驟(3)中升高到所需溫度后的保溫時(shí)間要求苛刻，時(shí)間變化會(huì)導(dǎo)致得到的氮化鎵薄膜材料的質(zhì)量下降。

對(duì)比例6

除步驟(1)中采用的襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底外，其他制備條件和方法與對(duì)比例2相同。

生長(zhǎng)獲得的氮化鎵薄膜材料通過(guò)x射線衍射來(lái)測(cè)量其晶體質(zhì)量，(002)衍射面半峰寬的數(shù)值為230±5角秒，(102)衍射面半峰寬的數(shù)值為230±5角秒。

通過(guò)對(duì)比例6與實(shí)施例9進(jìn)行比較可知，對(duì)于圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵薄膜材料，在加熱圖形化藍(lán)寶石襯底的過(guò)程中通入金屬有機(jī)物三甲基鎵進(jìn)行預(yù)處理，可以改善在圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)得到的氮化鎵薄膜材料的晶體質(zhì)量。

通過(guò)實(shí)施例1-11以及對(duì)比例1-6可以看出，本發(fā)明通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)氮化鎵材料的最初期通入金屬有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)寶石表面的預(yù)處理，大幅改善生長(zhǎng)在其上的氮化鎵薄膜材料晶體的質(zhì)量，可穩(wěn)定地獲得高晶體質(zhì)量的氮化鎵薄膜材料，在平片藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別為130角秒-190角秒和190角秒-250角秒；圖形化藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的氮化鎵薄膜材料的xrd(002)衍射面和(102)衍射面的半峰寬分別為160角秒-220角秒和140角秒-200角秒，而且本發(fā)明所述方法 可增大后續(xù)兩步生長(zhǎng)法過(guò)程中的各個(gè)步驟的工藝窗口，且可在比現(xiàn)有通用技術(shù)更大的工藝窗口條件下穩(wěn)定地生長(zhǎng)出高質(zhì)量的氮化鎵薄膜材料。

申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。