[发明专利]一种镀膜方法及其应用

权利要求书

1.一种镀膜方法，其特征在于，按以下步骤进行： 

1)衬底以及其晶向的选取； 

2)使用PLD工艺在衬底上低温外延一层GaN缓冲层； 

3)使用MBE工艺外延一层GaN薄膜。 

2.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于:在步骤1)中，所述衬底为易高温相变的新型衬底，具体为LiGaO₂或LiAlO₂。 

3.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于:在步骤2)中，具体工艺条件为：衬底温度100-250℃，转速为5-10r/min，靶基距为4-7cm，激光波长为150-355nm，激光能量为150-280mJ/p，频率5-30Hz，氮的等离子体流量为4-5sccm，RF活化功率为350-500W。 

4.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于:在步骤3)中，具体工艺条件为：衬底温度为500-700℃，自传速率为2-10r/min，Ga的蒸发温度为850-1150℃，氮的等离子体流量为0.5-1.5sccm，RF活化功率为350-500W。 

5.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于:所述镀膜方法在脉冲激光沉积与分子束外延联用镀膜设备中完成；所述脉冲激光沉积与分子束外延联用镀膜设备，其包括生长室腔体；在生长室腔体下方的中心位置设有一个基座，在基座上设有1-6个均匀布置的用于放置靶材的转盘，所述基座及转盘分别由驱动机构带动旋转，使得靶材即能随基座公转又能随转盘自转；在生长室腔体的下侧壁上还设有若干个均匀分布的MBE蒸发源；在生长室腔体的下侧壁或底壁上还设有分别与机械泵和分子泵连接的阀门，以便机械泵和分子泵对生长室抽 真空；在生长室腔体的中下方的位置设有辅助气体管道及RF附件，用于在镀膜过程中及时补充O或N的等离子体；在生长室腔体的中上方的位置设有反射高能电子衍射仪，用于实时监控薄膜的生长；在生长室腔体的上侧壁或顶壁上设有一个石英窗口，在生长室腔体旁边对应石英窗口的位置设有高能固体激光器，由高能固体激光器提供150-355nm的高能激光透过石英窗口照射入生长室腔体的内部；在生长室腔体上方的中央位置安装有激光测距仪、步进电机以及安装于步进电机的输出轴上的用于固定衬底的衬底架，在衬底架上还设有红外线加热器；激光测距仪的信号输出端与步进电机的信号输入端连接，由激光测距仪检测靶材和衬底之间的距离，步进电机的控制器依据激光测距仪测得的距离，驱动步进电机带动衬底架移动，从而调节靶材和衬底之间的距离。 

6.生长在镓酸锂衬底上的GaN薄膜的镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)衬底以及其晶向的选取：采用LiGaO₂衬底，以(001)面偏(011)方向0.2-1°为外延面，晶体外延取向关系为：GaN的(111)面平行于LiGaO₂的(001)面； 

2)使用PLD工艺在衬底上低温外延一层30-300nm GaN缓冲层，抑制Li离子扩散和界面反应：衬底温度100-250℃，转速为5-10r/min，靶基距为4-7cm，激光波长为150-355nm，激光能量为150-280mJ/p，频率5-30Hz，氮的等离子体流量为4-5sccm，RF活化功率为350-500W； 

3)使用MBE工艺外延一层100-3000nm GaN薄膜：衬底温度为500-700℃，自传速率为2-10r/min，Ga的蒸发温度为850-1150℃，氮的等离子体流量为0.5-1.5sccm，RF活化功率为350-500W； 

在步骤1)和步骤2)之间还包括步骤1-1)：衬底表面抛光、清洗以及退火处理。 

7.应用权利要求6所述的镀膜方法在镓酸锂衬底上外延生长的非极性GaN薄膜，其特征在于：它包括LiGaO₂衬底,依次生长在LiGaO₂衬底上的GaN缓冲层、GaN薄膜；所述LiGaO₂衬底以(100)面偏(110)方向0.2-1°为外延面。 

8.根据权利要求7所述的在镓酸锂衬底上外延生长的非极性GaN薄膜，其特征在于：所述GaN缓冲层的厚度为30-50nm；所述GaN薄膜的厚度为100-300nm。 

9.将权利要求7制备的在镓酸锂衬底上外延生长的非极性GaN薄膜用于制备LED、LD、光电探测器或太阳能电池。