一种非极性ＧａＮ薄膜及其生长方法，在金属有机物化学气相淀积（ＭＯＣＶＤ）系统中，在铝酸锂（ＬｉＡｌＯ↓［２］）衬底上，在Ｎ↓［２］保护下，升温到８００－９００℃，生长低温保护层，低温保护层反应室压力为１５０－５００ｔｏｒｒ，三甲基镓（ＴＭＧａ）流量为１－５０ｓｃｃｍ，对应于摩尔流量：４Ｅ－６ｍｏｌｅ／ｍｉｎ－３Ｅ－４ｍｏｌｅ／ｍｉｎ，然后降低压力至１００－３００ｔｏｒｒ，升温到１０００－１１００℃继续生长非掺杂氮化镓（Ｕ－ＧａＮ）层，ＴＭＧａ流量为１０－２００ｓｃｃｍ，对应于摩尔流量：４Ｅ－５ｍｏｌ／ｍｉｎ－１Ｅ－３ｍｏｌｅ／ｍｉｎ，然后再升温到１１５０－１２００℃，生长高温Ｕ－ＧａＮ约１００ｎｍ，然后再降温到１０００－１１００℃生长Ｕ－ＧａＮ。通过生长低温保护层，保护铝酸锂衬底不被高温破坏，短暂的高温Ｕ－ＧａＮ的目的是改善生长的ＧａＮ薄膜的表面平整度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在一种新型衬底LiA102材料上用量产型MOCVD机台生长非极性GaN薄膜 及其生长方法。
技术介绍
以GaN为代表的新一代半导体材料以其宽直接带隙(Eg=3.4eV)、高热导率、高硬度、 高化学稳定性、低介电常数、抗辐射等特点获得了人们的广泛关注，在固态照明、固体激光 器、光信息存储、紫外探测器等领域都有巨大的应用潜力。按中国2002年的用电情况计算， 如果采用固态照明替代传统光源， 一年可以省下三峡水电站的发电量，有着巨大的经济、环 境和社会效益；而据美国能源部测算，到2010年，全美半导体照明行业产值将达500亿美元。 在光信息存储方面，以GaN为基础的固体蓝光激光器可大幅度提高光存储密度。正因为这些 优点，GaN及其合金被寄予厚望。高亮度InGaN/GaN量子阱结构LEDs已经商品化。衬底材料对于外延薄膜的质量有着重要影响。目前GaN体单晶材料生长十分困难，有报 道说GaN在压力为60-70kbar、温度为2300°C下还不熔化。生长条件通常是高温高压，代价 昂贵，不利于商业化，因此目前的应用大多是在c向蓝宝石上做异质外延。使用c向蓝宝石的 一个重大缺点是其与GaN薄膜的晶格失配高达13.6%,虽然通过缓冲层技术可以弥补这一缺 点，但是这样严重的失配仍然会导致外延膜中有着高密度的缺陷，从而降低器件效率。另外， GaN薄膜通常是沿着其极性轴c轴方向生长的，由自发极化和压电效应而产生的强大的内建 电场大大地降低了发光效率。采用新型LiA102衬底有望解决这两个问题。LiA102衬底与GaN 薄膜晶格失配小，只有1.4%，而且在LiA102上生长的是非极性的GaN薄膜，可以消除内建 电场对于发光效率的限制作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种非极性GaN薄膜的生长方法，其利用MOCVD 系统在铝酸锂衬底上合成生长非极性GaN薄膜。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案 一种非极性GaN薄膜，其利用 MOCVD系统在LiA102衬底上合成生长，该薄膜包括LiA102衬底及依次生长的低温保护层、 U-GaN (非掺杂氮化镓)层、高温U-GaN层及另一U-GaN层。本专利技术进一步包括一种非极性GaN薄膜的生长方法，该方法包括以下步骤步骤一.*在MOCVD系统中，在N2保护下，升温到800-900°C，在铝酸锂衬底上生长低 温保护层，低温保护层压力150-500torr， TMGa流量l-50sccm，对应于摩尔流量4E-6mole/min—3E-4mole/min。步骤二降低压力至100-300torr，升温到1000-1100°C生长U-GaN层，TMGa流量 10-200sccm，对应于摩尔流量4E-5mol/min—lE-3moIe/min;步骤三再升温到1150-1200°C，在这个温度下生长高温U-GaN层100nm; 步骤四再降温到1000-1100。C生长另一 U-GaN层。作为本专利技术的一种优选方案之一，在步骤一中，在生长开始之前，首先对铝酸锂衬底表 面在'600-900。C下进行原位热处理。综上所述，本专利技术提供，其利用MOCVD系统在LiA102 衬底上合成生长非极性GaN薄膜，通过生长低温保护层，保护铝酸锂衬底不被高温破坏，高 温U-GaN层可改善生长的GaN的表面平整度。 附图说明图1是本专利技术生长流程中工艺条件示意图； 图2是本专利技术结构示意图。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施步骤一种非极性GaN薄膜，其利用MOCVD系统在铝酸锂衬底上合成生长，该薄膜包括铝酸 锂衬底上依次生长的低温保护层、U-GaN层、高温U-GaN层及另一 U-GaN层。一种非极性GaN薄膜的生长方法，在MOCVD系统中，在N2保护下，(可以在600-900°C 进行原位热处理，也可以不处理)升温到800-900°C，生长低温保护层，低温保护层压力比较 高(150-500torr)， TMGa流量比较低(l-50sccm，对应于摩尔流量4E-6mole/min— 3E-4mole/min )，然后降低压力(100-300torr)，升温到1000-1100。C继续生长U-GaN层，TMGa 流量比较高(10-200sccm，，对应于摩尔流量4E-5mol/min—lE-3mole/min)，然后再升温到 U50-1200。C，生长约100nm，然后再降温到1000-1100°C生长U-GaN。这样长完一个完整的单层结构。低温保护层的目的是保护铝酸锂衬底不被高温破坏，低温保护层TMGa流量必须比较小，这样低温保护层的质量不至于很差。短暂的最高温 (1150-1200°C)的目的是改善生长的GaN薄膜的表面平整度，这个时间不能太长，太长会破 坏衬底，太短又起不到改善表面的作用。如果铝酸锂衬底是(100)面的，那么所生长的GaN薄膜取向是m(10T0)面的；如果铝酸锂 衬底是(302)面的，那么所生长的GaN薄膜取向是a(ll50)面的。主要特点 1，可以不进行热处理；2，低温保护层，温度比较低，压力比较高，TMGa流量比较低，生长速率比较慢； 3， U-GaN层，温度较高，压力较低，TMGa流量比较高，生长速率比较快； 4，高温U-GaN层，温度最高，时间比较短，改善表面的作用。以上实施例仅用以说明而非限制本专利技术的技术方案。任何不脱离本专利技术精神和范围的技 术方案，均应涵盖在本专利技术的专利申请范围当中。权利要求1.一种非极性GaN薄膜，其利用MOCVD系统在铝酸锂衬底上合成生长，其特征在于该 薄膜包括在铝酸锂衬底上依次生长的低温保护层、U-GaN(非掺杂氮化镓)层、高温U-GaN 层及另一U-GaN层。2. —种如权利要求1所述的非极性GaN薄膜的生长方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一在MOCVD系统中，在N2保护下，升温到800-900°C，在铝酸锂衬底上生长低 温保护层，低温保护层压力150-500torr， TMGa流量l-50sccm，对应于摩尔流量4E-6mole/min 一3E-4mole/min 。步骤二降低压力至100-300torr，升温到1000-1100°C生长U-GaN层，TMGa流量 10-200sccm，对应于摩尔流量4E-5mol/min—lE-3mole/min;步骤三再升温到1150-1200。C，在这个温度下生长高温U-GaN层lOOnm; 步骤四再降温到1000-1100。C生长另一 U-GaN层。3. 如权利要求l所述的一种非极性GaN薄膜的生长方法，其特征在于在步骤一中，在生长 开始之前，首先对铝酸锂衬底表面在600-900°C下进行原位热处理。全文摘要，在金属有机物化学气相淀积(MOCVD)系统中，在铝酸锂(LiAlO<sub>2</sub>)衬底上，在N<sub>2</sub>保护下，升温到800-900℃，生长低温保护层，低温保护层反应室压力为150-500torr，三甲基镓(TMGa)流量为1-50sccm，对应于摩尔流量4E-6mole/min-3E-4mole/min，然后降低压力至100-300torr，升温到1000-1100℃继续生长非掺杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非极性ＧａＮ薄膜，其利用ＭＯＣＶＤ系统在铝酸锂衬底上合成生长，其特征在于：该薄膜包括在铝酸锂衬底上依次生长的低温保护层、Ｕ－ＧａＮ（非掺杂氮化镓）层、高温Ｕ－ＧａＮ层及另一Ｕ－ＧａＮ层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周健华，郝茂盛，颜建锋，潘尧波，周圣明，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，彩虹集团公司，中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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