利用应力梯度分离氮化物自支撑衬底的方法

摘要

利用应力梯度分离氮化物自支撑衬底的方法，涉及氮化物基光电器件。1)GaN层晶的第一性原理方法模拟计算；2)制样前对蓝宝石衬底预处理；3)GaN缓冲层的生长；4)GaN外延生长制备。利用分离能与应力的关系，在HVPE方法生长的GaN外延层中进行特殊处理，有效地控制GaN外延层厚度分布来调节应力梯度分布，以便GaN外延层在临界厚度实现自分离的现象。通过调控外延生长参数以实现原位GaN自分离技术，在HVPE中生长同时即可完成GaN自分离，方法简单，操作容易，实用性高。

主权项

利用应力梯度分离氮化物自支撑衬底的方法，其特征在于包括以下步骤：1)GaN层晶的第一性原理方法模拟计算：采用基于密度泛函理论的VASP程序包，电子‑离子相互作用采用投影缀加波赝势法(PAW)描述，平面波的截断动能取550eV，采用8×8×1的Monkhorst‑Pack k点网格方法，计算模型的基本单元由11层原子薄层组成，同时用的真空来保证GaN表面模型上下表面无相互影响，周期性的超晶胞的表面为未吸附原子的情况，保留悬挂键以了解表面局域电子态的性质，为了确定分离能，定义表面分离能公式：其中Es是弛豫的超晶胞的总能，E_b是体材料GaN的总能，A是表面面积，n代表在超晶胞内的GaN原胞的数量；2)制样前对蓝宝石衬底预处理：首先将蓝宝石衬底置于MOCVD反应室后升至高温1200℃，在H₂气氛环境下去除表面的沾污，净化表面，然后将温度控制在1200～1500℃，对蓝宝石衬底预退火处理；3)GaN缓冲层的生长：该过程分成低温生长和高温生长两部分，首先将温度降至550℃后，反应区通入三甲基镓(TMGa)与氨气(NH₃)，使用H₂和N₂作为反应物质的载气，沉积GaN第一缓冲层，再将温度升高至1050℃，沉积GaN第二缓冲层；4)GaN外延生长制备：通过HVPE方法在GaN第二缓冲层上生长GaN，得利用应力梯度分离氮化物自支撑衬底。