基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法，其包括步骤：S1、将斜切角大于0.2°的大斜切角蓝宝石衬底置于外延生长装置中，在大斜切角蓝宝石衬底上依次叠层生长成核层、非故意掺杂GaN层和第一层n型GaN；S2、向外延生长装置中通入NH3和三甲基镓，控制NH3和三甲基镓的流量之比大于600，同时控制外延生长装置的腔室压力小于400mbar，以在第一层n型GaN上以大于0.5nm/s的速度生长第二层n型GaN，获得大斜切角蓝宝石‑氮化镓复合结构。本发明专利技术的方法通过优化生长工艺，实现了在大斜切角蓝宝石衬底上外延生长高质量的GaN，从而可基于此大斜切角蓝宝石‑氮化镓复合结构的模板生长得到高质量的绿光或黄光波段InGaN量子阱。

Epitaxial growth of GaN based on large oblique angle sapphire substrate and its application

The present invention provides a method for epitaxial growth of gallium nitride on sapphire substrates with large oblique cut angles. The method comprises the following steps: S1, placing sapphire substrates with large oblique cut angles greater than 0.2 degrees in an epitaxial growth device, and successively layering nucleation layer, unintentionally doped GaN layer and first n-type GaN layer on sapphire substrates with large oblique cut angles. S2. Using NH3 and Trimethylgallium to control the ratio of NH3 to Trimethylgallium over 600, and controlling the chamber pressure of the epitaxial growth device to be less than 400 mbar, the second layer of n-type GaN was grown at a rate of more than 0.5 nm/s on the first layer of n-type GaN, and the composite structure of sapphire and gallium nitride with large bevel angle was obtained. . By optimizing the growth process, high quality GaN can be epitaxically grown on sapphire substrates with large bevel angle, and high quality InGaN quantum wells with green or yellow light bands can be obtained based on the template of the composite structure of sapphire and gallium nitride with large bevel angle.

【技术实现步骤摘要】
基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法及其应用
本专利技术属于半导体
，具体来讲，涉及一种基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法及其应用。
技术介绍
蓝宝石衬底是当前LED(发光二极管)或LD(激光二极管)产业中常用的一种衬底，其价格低廉、技术成熟，相比于昂贵的GaN自支撑衬底，使用更加广泛。通过在蓝宝石衬底上外延生长一段GaN，从而获得了可以用于InGaN生长的GaN衬底，这种蓝宝石-氮化镓复合结构称为模板，其可用于后面的发光器件制作，所以在蓝宝石衬底上外延生长GaN得到的模板是LED及LD产业中必不可少的一项技术。另外，InGaN是构成当前GaN基发光器件量子阱的核心材料，特别是对于绿光波段以上的长波长器件，高In高质量的InGaN生长更是重要。为了获得足够高的In组分，InGaN的生长温度通常较低且生长速率较快，这就导致原子的迁移长度不够，使得材料的生长模式从台阶流生长模式退化为岛状生长模式；二维岛状形状将导致InGaN量子阱和GaN垒层的界面粗糙，导致发光半宽增大，降低了发光材料的器件性能。通过增加衬底斜切角可以有效减小台面宽度，帮助原子在较小的迁移长度下也能有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法，其特征在于，包括步骤：S1、将大斜切角蓝宝石衬底置于外延生长装置中，在所述大斜切角蓝宝石衬底上依次叠层生长成核层、非故意掺杂GaN层和第一层n型GaN；其中，所述大斜切角蓝宝石衬底的斜切角大于0.2°；S2、向所述外延生长装置中通入NH3和三甲基镓，控制NH3和三甲基镓的流量之比大于600，同时控制所述外延生长装置的腔室压力小于400mbar，以在所述第一层n型GaN上以大于0.5nm/s的速度生长第二层n型GaN，获得大斜切角蓝宝石‑氮化镓复合结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于大斜切角蓝宝石衬底外延生长氮化镓的方法，其特征在于，包括步骤：S1、将大斜切角蓝宝石衬底置于外延生长装置中，在所述大斜切角蓝宝石衬底上依次叠层生长成核层、非故意掺杂GaN层和第一层n型GaN；其中，所述大斜切角蓝宝石衬底的斜切角大于0.2°；S2、向所述外延生长装置中通入NH3和三甲基镓，控制NH3和三甲基镓的流量之比大于600，同时控制所述外延生长装置的腔室压力小于400mbar，以在所述第一层n型GaN上以大于0.5nm/s的速度生长第二层n型GaN，获得大斜切角蓝宝石-氮化镓复合结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，控制NH3的流量为4000sccm～10000sccm，控制三甲基镓的流量为30sccm～150sccm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二层n型GaN的厚度为0.5μm～2μm。4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法包括：S11、将所述大斜切角蓝宝石衬底置于所述外延生长装置中，并向所述外延生长装置中通入NH3进行低温氮化；其中，低温氮化温度为400℃～600℃，低温氮化时间为100s～300s；S12、低温氮化后，向所述外延生长装置中通入三甲基镓，控制三甲基镓的流量为20sccm～100sccm，并反应50s～120s，在所述大斜切角蓝宝石衬底表面形成成核层；S13、停止通入三甲基镓，并使所述成核层于1100℃～1300℃下进行高温退火300s～500...

【专利技术属性】
技术研发人员：江灵荣，刘建平，田爱琴，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32