[发明专利]利用低温防分解籽晶层在砷化镓衬底上生长氮化镓的方法

说明书

本发明公布一种利用低温防分解籽晶层在砷化镓衬底上生长氮化镓的方法，包括将砷化镓衬底正面沉积形成一层低温防分解籽晶层；在上述衬底的背面与侧面通过沉积用致密材料进行保护；处理得到的砷化镓衬底外延生长氮化镓材料得到氮化镓复合衬底，进一步制备得到自支撑氮化镓衬底。低温防分解籽晶层为石墨烯、Al₂O₃、ZnO、GaN、AlN或InN；厚度为150‑800nm。本发明引入低温防分解籽晶层，有效抑制了在外延过程中砷化镓的分解，同时为后续外延提供了优质的衬底，提高外延层晶体质量。砷化镓与GaN相接近的热膨胀系数有效缓解外延层中的应力，降低制备高质量GaN材料的技术难度与成本。

技术领域

本发明涉及光电子器件制备方法，尤其涉及一种利用低温防分解籽晶层在砷化镓衬底上生长氮化镓的方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体以其寿命长、节能、环保、色彩丰富、安全及稳定等优点，逐渐发展成为新一代照明光源。GaN基半导体器件发展迅速并且拥有广阔的市场前景。然而，由于异质外延的限制，晶格失配与热失配使得高质量的GaN材料制备非常困难。特别是高亮度的白光LED、蓝光LD以及大功率、高频的功率器件急需同质外延技术以降低有源层缺陷密度和提高衬底的导热、导电性能。

由于GaN体材料的缺乏，绝大多数GaN基材料通过在异质衬底上外延获得，现有方法中，最常用的异质衬底为蓝宝石，由于蓝宝石与GaN之间巨大的热失配与晶格失配，导致外延层中位错密度较高且在生长结束后降温过程中形成双轴压应力，容易导致厚膜GaN材料开裂。GaAs衬底材料与GaN具有相接近的热膨胀系数，有将GaAs表面转化为GaN表面的可行性，同时GaAs衬底容易去除。然而，由于其热稳定性较差，在正常的GaN生长温度下GaAs已经发生分解，同时GaAs与GaN晶格失配接近20％，在GaAs衬底上直接生长单晶GaN难度大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种利用低温防分解籽晶层在砷化镓衬底上生长氮化镓的方法。

该制备方法区别于现有技术的核心是，将砷化镓衬底表面首先沉积一层低温防分解籽晶层(石墨烯、Al₂O₃、ZnO、GaN、AlN、InN等)，沉积温度需低于800℃，沉积厚度为150-800nm且沉积物为单晶。然后将砷化镓衬底的背面与侧面运用致密的Al₂O₃、SiO₂、SiN等材料进行保护。最后将正面沉积有低温防分解籽晶层(石墨烯、Al₂O₃、ZnO、GaN、AlN、InN等)且背面与侧面经过保护的砷化镓衬底外延生长氮化镓材料，从而获得低成本、高质量的厚膜GaN复合衬底，或经过去除衬底工艺或自分离工艺得到自支撑GaN衬底。由于在砷化镓衬底表面低温防分解籽晶层的引入，有效的抑制了在外延过程中砷化镓的分解，同时引入的表面低温防分解籽晶层为单晶，为后续外延提供了优质的衬底，提高了外延层晶体质量。砷化镓与GaN相接近的热膨胀系数有效的缓解了外延层中的应力，大大的降低了制备高质量GaN材料的技术难度与成本。

本发明提供的技术方案是：

一种利用低温防分解籽晶层在砷化镓衬底上生长氮化镓的方法，具体包括如下步骤：

1)将GaAs衬底正面通过沉积方法沉积一层低温防分解籽晶层；