[发明专利]利用均匀纳米粒子点阵掩模提高厚膜GaN质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用均匀纳米粒子点阵掩模提高厚膜GaN质量的方法。属于GaN材料的制备领域。

背景技术

GaN材料具备高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等优良特性，近年来，作为世界上最先进的半导体材料而备受瞩目，可制成高效蓝、绿、紫、白色发光二极管和激光器，得到了更多的应用和关注。然而目前GaN仍依靠Al₂O₃、GaAs，SiC，Si等异质衬底，由于它们与GaN材料的晶格失配和热膨胀失配系数都非常大，在外延的GaN材料中，不可避免地存在较大的应力和较高的位错密度，大大地降低了GaN器件的性能和寿命。由于氮的离解压很高，很难利用高温生长得到大尺寸的GaN体单晶。而HVPE生长速率高、设备简单、制备成本低，近年来被公认为最有前途的制备GaN自支撑衬底技术，因而吸引了国内外研究人员的广泛兴趣。此前人们采用这种方法已经成功地制备出了厚膜GaN衬底【R.J.Molnar et al.J.Cryst.Growth，V178，147，1997】，但位错密度较高、发光特性较差、极易裂解等问题仍困扰着自支撑衬底技术的发展，为此，人们进行了很多探索研究。其中包括典型的横向外延过生长(ELOG)技术【T.S.Zheleva et al.Appl.Phys.Lett.，V78，772，2001】，使缺陷密度降低了3～4个数量级，达到＜10⁶cm^-2。日立公司采用Void-Assisted Separation(VAS)技术即在GaN template上形成多孔网状的TiN薄膜【Yuichi OSHIMA et al.Jpn.J.Appl.Phys.V 42，L1，2003】，从而使得缺陷密度降低到5×10⁶cm^-2。此外还有很多降低位错密度的方法，都是类似于ELOG技术，但大都需要光刻等工艺，过程复杂且成本较高，并且传统的光刻方法很难制备获得纳米尺度的掩模结构，位错密度分布也很不均匀，大大限制了外延层的有效应用率。因此，对于均匀分布的纳米级掩模的研究变得十分重要和迫切，而且在HVPE生长GaN厚膜中，利用SiO₂纳米粒子点阵掩模来降低材料生长缺陷密度，是一种新颖且效果显著的方法。至今，稀有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用均匀纳米粒子点阵掩模提高厚膜GaN质量的方法。其特征在于：

(1)掩模为SiO₂纳米级粒子点阵；

(2)SiO₂纳米粒子点阵是沉积在以Al₂O₃、SiC、Si或GaAs中任意一种衬底上生长的GaN外延层模板上；

(3)SiO₂纳米粒子点阵是利用电化学的方法腐蚀金属Al生成多孔状阳极氧化铝(AAO)层，然后在孔中沉积一层SiO₂而形成的。