[发明专利]PA-MBE同质外延高质量GaN单晶薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种PA-MBE同质外延高质量GaN单晶薄膜的制备方法，其步骤包括：

1)在C面GaN衬底的背面蒸镀上一层金属膜；

2)将经过步骤1)处理的GaN衬底放入MBE缓冲室，MBE缓冲室抽真空，然后将衬底加热至350℃-500℃烘烤除气；

3)利用束流探测器分析引入MBE生长腔室内部的金属Ga源束流，通过控制MBE内金属坩埚顶部和底部的温度，将金属Ga源的束流控制在1×10^-8Torr-1×10^-6Torr之间；

4)将经过步骤1)-步骤2)处理的GaN衬底放入生长腔室，并将该衬底升温至350℃-450℃；向等离子体发生器引入流量为2-4sccm的高纯N₂；打开等离子体发生器，将等离子体发生器的功率升至350W-500W之间；当引入等离子体发生器的高纯N₂变成等离子体状态后，降低引入的N₂流量至0.6-0.85sccm；其中GaN衬底以15℃/min至25℃/min的升温速率升温，高纯N₂的纯度达到99.99999％；

5)在完成步骤4)的基础上继续将GaN衬底以10℃/min-20℃/min的升温速率升温至低于生长温度40℃-80℃之间，并在温度达到450℃-500℃时打开N₂Plasma挡板；

6)在完成步骤5)的基础上，打开金属Ga源挡板，然后将GaN衬底继续以8℃/min-15℃/min的升温速率升温至生长温度820℃后稳定5min；

7)在完成步骤6)的基础上，关闭金属Ga源挡板，使得GaN衬底表面转化成富N状态，打开金属Ga源挡板并计时5-10min，然后关闭金属Ga源挡板并计时直至衬底表面由富金属状态完全恢复为富N状态，通过调节引入等离子体发生器的气体流量使得该时间控制在5-15s范围内，并多次重复该步骤直至该恢复时间稳定；

8)在完成步骤7)的基础上，打开金属Ga源挡板，进入生长GaN薄膜的过程，生长时间设置在1.5-6h；

9)生长结束后迅速关闭金属Ga源挡板，并将衬底从生长温度以50℃/min至100℃/min的速率降温至100℃-250℃后取片；当温度降至300℃-500℃时，关闭N₂ Plasma挡板。

2.根据权利要求1所述的PA-MBE同质外延高质量GaN单晶薄膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述金属为金属Ti或金属Mo，厚度为0.8-1.5μm。

3.根据权利要求2所述的PA-MBE同质外延高质量GaN单晶薄膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中真空度为小于等于1×10^-6Torr，烘烤除气时间不小于0.5h。