[发明专利]一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种生长在Si衬底上的GaN薄膜，其特征在于，包括Si衬底、AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN插入层、GaN成核层和GaN薄膜，所述AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN插入层、GaN成核层和GaN薄膜依次生长在Si衬底上，其中，x为0-1。

2.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜，其特征在于，所述Si衬底以(111)晶面为外延面，晶体外延取向关系为：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面，所述AlN成核层生长在Si(111)晶面上。

3.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜，其特征在于，所述Al_xGa_1-xN步进缓冲层包括Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层，所述Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层从下到上依次生长在AlN成核层与AlN插入层之间。

4.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜，其特征在于，所述AlN成核层厚度为20～30nm，所述Al_0.75Ga_0.25N缓冲层的厚度为90～120nm，所述Al_0.5Ga_0.5N缓冲层的厚度为120～150nm，所述Al_0.25Ga_0.75N缓冲层的厚度为200～300nm，所述的AlN插入层厚度为20～30nm，所述的GaN成核层厚度为200nm，所述的GaN薄膜厚度为1～1.5μm。

5.权利要求1所述生长在Si衬底上的GaN薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)选择Si衬底，以Si(111)晶面为外延面，晶体外延取向关系为：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面；

(2)Si衬底表面处理：对Si衬底表面进行清洗以及退火处理；

(3)在Si衬底(111)晶面依次进行AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN插入层、GaN成核层和GaN薄膜的外延生长，获得所述生长在Si衬底上的GaN薄膜，其中，x为0-1。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中清洗工艺是将Si衬底用高浓度的HF溶液进行超声震荡清洗，然后用离子水对Si衬底润洗15～30次，最后用氮气枪将其吹净；所述HF溶液体积比为HF:H₂O＝1:1；所述退火处理是将Si衬底放入反应室内在1050～1100℃H₂环境下高温热退火。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述Al_xGa_1-xN步进缓冲层包括Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层，所述Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层从下到上依次生长在AlN成核层与AlN插入层之间。