[发明专利]一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底。

背景技术

金属有机化合物化学气相淀积（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD）是在气相外延生长基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，其主要以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，如在半导体领域常使用的GaN（氮化镓）薄膜。

在利用MOCVD制备氮化镓薄膜层时，最理想的衬底是与氮化镓薄膜层同质的氮化镓衬底，然而氮化镓熔点高达2800℃，平衡蒸汽压达到4.5GPa，制备氮化镓体单晶极为困难，因此，目前衬底主要选自蓝宝石（α-Al₂O₃）、碳化硅（4H/6H-SiC）或硅（Si）。

然而，蓝宝石衬底与氮化镓材料存在较大的晶格失配和热失配。尽管通过图形化表面衬底技术和二次生长方法，在一定程度上可以减小薄膜内部的位错密度，但仍然很难控制薄膜的质量；同时，由于蓝宝石衬底不导电，封装LED发光器件时，需要利用光刻、刻蚀、蒸镀等复杂工艺在外延层上制备电极，这大大减小了有效发光面积，减低了外延材料的利用率；蓝宝石衬底的低热导率使器件的散热困难。

碳化硅衬底虽然与氮化镓材料的晶格失配率低，并具有良好的热传导和电传导，但是，在生长氮化镓薄膜层之前，需要在约1000℃的高温下生长AlGaN作为导电核层；而且SiC衬底价格昂贵。

硅衬底与氮化镓材料之间的晶格失配和热失配更大，生长氮化镓薄膜层的难度远超蓝宝石衬底和碳化硅衬底。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题之一，本发明提供一种氮化镓薄膜层的制备方法，其制备难度低，而且可以减少生长过程中的位错密度，从而提高氮化镓薄膜层的性能。

此外，本发明还提供一种衬底，其与氮化镓薄膜层之间的晶格失配小，表面利用率高，生产成本低。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种氮化镓薄膜层，包括以下步骤：

获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗；

在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层；

在所述石墨烯薄膜层的表面形成氮化镓薄膜层。

其中，在对所述间接衬底进行清洗的步骤包括：

将甲苯、四氯化碳、丙酮、乙醇、去离子水混合获得混合清洗液；

利用所述混合清洗液对所述间接衬底进行超声清洗；

在浓硫酸和H₂O₂的混合液中浸泡所述间接衬底；

利用HF溶液去除所述间接衬底表面的原生氧化层；

利用去离子水冲洗所述间接衬底；

去除所述间接衬底表面的水分。

其中，所述间接衬底超声清洗5～10min，所述间接衬底在浓硫酸和H₂O₂的混合液中浸泡3～6min，利用去离子水冲洗所述间接衬底3～8次。

其中，利用质量浓度为2.5～4.5%的HF溶液刻蚀掉所述间接衬底表面的原生氧化层。

其中，利用高纯氮气吹干所述间接衬底，以去除所述间接衬底表面的水分。

其中，在所述间接衬底的表面制作石墨烯薄膜层的步骤包括：

在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层；

使所述SiC薄膜层热分解，从而在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层。

其中，通过高温升华、液相外延、磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积或分子束外延工艺在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层。

其中，在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层的步骤包括：

在所述间接衬底表面均匀铺展聚碳硅烷；

在1050～1300℃的温度下使所述聚碳硅烷裂解形成SiC薄膜层。

其中，在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层之前还需要：

在500～900℃的温度下原位烘烤所述间接衬底1～3小时。

其中，将表面形成有所述SiC薄膜层的所述间接衬底放置在温度为1100℃以上的环境中，使所述SiC薄膜层热分解，从而在所述石墨烯薄膜层的表面形成石墨烯薄膜层。