[发明专利]一种氮化物外延片的生长方法及氮化镓激光器

说明书

本发明涉及一种氮化物外延片的生长方法及氮化镓激光器，该方法包括如下步骤：S1将铜衬底抛光、清洗；S2在铜衬底上生长石墨烯层；S3将铜衬底上生长的石墨烯层转移到目标衬底上；S4利用原子层沉积法在石墨烯层上生长氮化铝薄层；S5在氮化铝薄层上采用金属有机物化学气相沉积法生长GaN层。本发明可在不同目标衬底上生长氮化物外延片，外延片是通过铜衬底转移实现石墨烯转移到不同目标衬底上；石墨烯层作为衬底与GaN外延层之间的缓冲层，通过原子层沉积法制备氮化铝层，可实现材料原子层的逐层生长、良好的厚度可控性和高精度的薄膜生长质量，解决衬底和外延层之间大的晶格失配问题，提高外延层质量，可得到高质量的氮化镓基激光器。

技术领域

本发明涉及一种氮化物外延片的生长方法及氮化镓激光器，属于光电子技术领域。

背景技术

氮化镓材料作为一种新型的半导体材料受到了越来越多的关注。作为第三代半导体的代表性材料，氮化镓具有优异的电学和光学性质，其具有较宽带隙、直接带隙的优点，耐高温高压，电子迁移率高等优势在电子器件和光电子器件等领域中具有广泛的应用，因此制备高质量的氮化镓是制备上述器件的关键。

石墨烯是新型二维纳米材料它们的原子之间通过sp2电子轨道链接在一起，并且由于石墨烯具有六角密排的原子格位，与氮化物晶体中各层原子的排布情形相同，因此以石墨烯作为缓冲层能够提高氮化物外延层的晶体质量。

现有技术氮化物的制备过程中，氮化铝薄膜的制备主要是通过磁控溅射、化学气相沉积、金属有机化学气相沉积等方法，如中国专利申请人为西安电子科技大学的专利“在石墨烯上基于磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法”(申请号：201610130981.0，公布号：CN105734530A)中公开了一种在石墨烯上基于磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法。该方法的具体步骤如下：(1)在铜衬底上通过金属有机物化学气相淀积MOCVD生长石墨烯；(2)在覆盖石墨烯层的铜衬底上采用磁控溅射生长一层氮化铝薄膜；(3)将得到的氮化铝基板进行一定时间的热处理；(4)将进行热处理之后的样品放入金属有机物化学气相淀积MOCVD中依次外延低V/III比氮化镓外延层和高V/III比氮化镓外延层。该方法易在覆盖石墨烯层的铜衬底上得到质量较好的氮化镓外延层。但是，该方法仍然存在的不足之处是：采用磁控溅射，溅射速度快，但是薄膜的质量差、杂质多，并且在溅射生长成膜之后还需要进一步的热处理，因此该方法无法生长较好的AlN层从而使得获得的氮化物材料质量较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种氮化物外延片的生长方法及氮化镓激光器，该方法可以有效降低衬底与外延材料之间的应力，明显提高外延层质量。

本发明的技术方案提供一种氮化物外延片的生长方法，步骤如下：

S1 将铜衬底抛光、清洗；

S2 在铜衬底上生长石墨烯层；

S3 将铜衬底上生长的石墨烯层转移到目标衬底上；

S4 利用原子层沉积法在目标衬底的石墨烯层上生长一层氮化铝薄层；

S5 在氮化铝薄层上采用金属有机物化学气相沉积法生长GaN层。

其中，步骤S1为：将铜衬底进行清洗去除表面的油污和氧化层，再经机械抛光和电化学抛光的双重抛光之后，依次用：乙醇和去离子水清洗三次、稀盐酸清洗5-10min、去离子水清洗数，N₂吹干得到铜衬底。

步骤S2的具体操作如下：

S2a 将经过S1步骤处理的铜衬底放管式炉石英管中，抽真空5-7min；

S2b往管式炉石英管中通入氢气，将管式炉石英管加热至800-1050℃后退火0.5-3小时；