[发明专利]一种高质量自支撑GaN衬底的制备方法及生长结构

说明书

本发明公开了一种高质量自支撑GaN衬底的制备方法，包括以下步骤：提供二维材料基板；在二维材料基板表面生长AlN柱，形成位于二维材料基板上的AlN柱层；在AlN柱层上生长GaN厚膜；通过机械剥离的方式去除二维材料基板；通过研磨抛光处理的方法去除AlN柱层，并获得平整的GaN厚膜，该GaN厚膜即为自支撑GaN衬底。该方法可以利用在二维材料基板上进行外延生长时较低的成核密度，先在二维材料基板上高温生长AlN柱，再利用GaN侧向合并能力强的特点，以降低缺陷密度，在AlN柱上再生长GaN厚膜，以提高最终获得的自支撑氮化物衬底的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种高质量自支撑GaN衬底的制备方法及生长结构。

背景技术

目前在制作氮化物衬底时，一般是采用在石墨烯基板上直接生长氮化物，但是由于石墨烯表面缺乏悬挂键，导致氮化物成核困难。通常，为了促进氮化物成核，通过刻蚀等工艺引入石墨烯表面缺陷。但是石墨烯表面存在的大量缺陷使得该方法最终形成的氮化物薄膜存在大量晶界、层错、位错等缺陷，一般位错密度大于1×10⁹cm^-2，氮化物晶体的质量无法保证。

对于自支撑GaN衬底的制备而言，GaN具有侧向合并能力强的特点，因此需要结合GaN自身的特点以及现有的制备方法存在的问题，设计合理的制备方法，以提高自支撑GaN衬底的晶体质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高质量自支撑GaN衬底的制备方法及生长结构，该方法可以利用基板较低的成核密度，先在基板上高温生长AlN柱，再利用GaN侧向合并能力强的特点，以降低缺陷密度，在AlN柱上再生长GaN厚膜，以提高最终获得的自支撑氮化物衬底的晶体质量。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种高质量自支撑GaN衬底的制备方法，包括以下步骤：

提供二维材料基板；

在二维材料基板表面生长AlN柱，形成位于二维材料基板上的AlN柱层；

在AlN柱层上生长GaN厚膜；

通过机械剥离的方式去除二维材料基板；

通过研磨抛光处理的方法去除AlN柱层，并获得平整的GaN厚膜，该GaN厚膜即为自支撑GaN衬底。

优选的，所述二维材料基板为多层结构。

优选的，所述二维材料基板的材料为二硫化钼、二硫化钨、石墨烯中的一种。

优选的，所述AlN柱是通过HVPE、MOCVD或MBE工艺形成。

优选的，AlN柱为AlN纳米柱或AlN微米柱

优选的，所述AlN柱层的厚度为100～1000纳米。

优选的，所述GaN厚膜是通过HVPE工艺形成。

优选的，所述GaN厚膜的厚度为200～1000微米。

优选的，所述GaN厚膜的位错密度低于10⁵cm^-2。

本发明还提供了一种高质量自支撑GaN衬底的生长结构，包括二维材料基板，二维材料基板的表面生长有AlN柱，AlN柱形成位于二维材料基板上的AlN柱层，AlN柱层上生长有GaN厚膜。

优选的，所述AlN柱为AlN纳米柱或AlN微米柱。

优选的，所述AlN柱层的厚度为100～1000纳米。

优选的，所述GaN厚膜的厚度为200～1000微米。