[发明专利]氮化镓单晶衬底的制备方法

说明书

本发明提供一种氮化镓单晶衬底的制备方法，包括：1)提供一氮化镓模板，包括蓝宝石衬底、缓冲层、第一非掺杂或掺杂氮化镓层、超晶格量子阱层及第二非掺杂或掺杂氮化镓层；2)采用氢化物气相外延方法在氮化镓模板上外延生长第一氮化镓层；3)采用激光剥离方法将氮化镓模板中的蓝宝石衬底剥离，获得薄氮化镓单晶衬底；4)采用氢化物气相外延方法在薄氮化镓单晶衬上外延生长第二氮化镓层，获得厚氮化镓单晶衬底；5)将厚氮化镓单晶衬底进行研磨抛光，获得氮化镓单晶衬底。本发明通过设置超晶格量子阱层，可以有效降低氮化镓单晶衬底与蓝宝石衬底之间的晶格失配，有效降低或避免氮化镓单晶衬底的翘曲，提高器件性能。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓衬底的制备方法，特别是涉及一种氮化镓单晶衬底的制备方法。

背景技术

二十世纪末，为了制备具有高频、高效率及大功率等优异性能的功率及射频器件，以氮 化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料加快了发展进程。由于其优异性能，氮化镓(GaN) 可应用于制备高功率高频器件等其它特殊条件下工作的半导体器件，因而得到广泛研究与应 用。GaN外延层的晶体质量是实现高性能GaN基器件的根本保障。而采用GaN单晶衬底实 现同质外延是提高GaN外延层晶体质量与GaN基器件性能的重要途径。

在氮化镓单晶衬底的外延生长过程中，外延薄膜中存在着应力，该应力主要是晶格失配 应力和热失配应力。晶格失配应力主要由蓝宝石衬底和氮化镓晶体晶格常数不匹配造成的； 热失配应力主要是由于两者热膨胀系数不同，而氮化镓外延片又是在800℃以上的高温状态 下生长的，生长完毕降温后，两者的晶格收缩比例有很大不同，因此造成了彼此之间的晶格 互相牵制。应力的存在使得氮化镓单晶衬底存在着不同程度的翘曲，这又导致面内晶向的不 均匀，进而导致器件性能的劣化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氮化镓单晶衬底的制备方法， 用于解决现有技术中应力的存在使得氮化镓单晶衬底存在着不同程度的翘曲，导致面内晶向 的不均匀，进而导致器件性能劣化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化镓单晶衬底的制备方法，所述制 备方法包括：步骤1)，提供一氮化镓模板，所述氮化镓模板包括依次层叠的蓝宝石衬底、缓 冲层、第一非掺杂或掺杂氮化镓层、超晶格量子阱层及第二非掺杂或掺杂氮化镓层；步骤2)， 采用氢化物气相外延方法在所述氮化镓模板上外延生长氮化镓层。

可选地，步骤2)包括以下步骤：步骤2-1)，采用氢化物气相外延方法在所述氮化镓模 板上外延生长第一氮化镓层；步骤2-2)，采用激光剥离方法将所述氮化镓模板中的所述蓝宝 石衬底剥离，获得薄氮化镓单晶衬底；步骤2-3)，采用氢化物气相外延方法在所述薄氮化镓 单晶衬上外延生长第二氮化镓层，获得厚氮化镓单晶衬底；步骤2-4)，将所述厚氮化镓单晶 衬底进行研磨抛光，获得氮化镓单晶衬底。

可选地，步骤1)包括以下步骤：步骤1-1)，提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上 生长缓冲层；步骤1-2)，采用金属有机化学气相沉积法，在所述缓冲层上连续生长第一非掺 杂或掺杂氮化镓层，超晶格量子阱层及第二非掺杂或掺杂氮化镓层；其中，所述超晶格量子 阱层为周期排列的Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多层膜，x+y≤1，a+b≤1，x与a不相等，y与 b不相等，不同周期的x，y，a及b的数值为相同或不相同。可选地，Al_xIn_yGa_1-x-yN层的厚 度范围介于1纳米～10纳米，Al_aIn_bGa_1-a-bN层的厚度范围介于5纳米～20纳米之间。

可选地，步骤1)中，所述第一氮化镓层的厚度介于100微米～450微米之间，所述第一 氮化镓层为掺杂或非掺杂。