[发明专利]一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种生长在Si衬底上的GaN薄膜，其特征在于：其包括由下至上依次排列的Si衬底、AlN缓冲层、GaN形核层、GaN外延层；所述Si衬底的晶体取向为111面偏100方向0.5-1°。

2.根据权利要求1所述的GaN薄膜，其特征在于：所述AlN缓冲层厚度为10-50nm；所述GaN形核层厚度为3-10nm；所述GaN外延层厚度为1.2-1.5μm。

3.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜的制备方法，顺次包括以下步骤：

1)衬底以及其晶向的选取：采用Si衬底，选取111面偏100方向0.5-1°的晶体取向；

2)采用脉冲激光沉积工艺生长AlN缓冲层；

3)采用金属有机化学气相沉积工艺生长GaN形核层；

4)采用金属有机化学气相沉积工艺生长GaN外延层。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤1)之后、步骤2)之前还包括了对衬底依次进行表面清洗和退火处理。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述表面清洗具体步骤为：对衬底进行表面清洁处理是将Si衬底放入丙酮溶液中超声处理，然后用去离子水清洗；接着在异丙酮溶液中超声处理后，在氢氟酸溶液中浸泡；然后放入去离子水中浸泡；最后在硫酸和双氧水的混合溶液中浸泡，再经氢氟酸浸泡，然后用去离子水冲洗，氮气吹干，存放于氮气柜中。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理是将衬底在900-1000℃下高温烘烤3-5h。

7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中生长AlN缓冲层时，衬底温度为650-750℃，反应室压力为10-15mTorr、V/III比为50-60、生长速度为0.4-0.6ML/s。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤3)生长GaN形核层时，衬底温度为1000-1300℃，反应室压力为450-500Torr、V/III比为3000-3300、生长速度为0.8-1.0μm/h。

9.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：步骤4)中生长GaN外延层时，衬底温度升至1030-1060℃，反应室压力为150～220Torr，V/III为1000-1200，生长速率为3.0-3.5μm/h。

10.如权利要求1或2所述的GaN薄膜在制备LED器件、光电探测器中的应用。