[发明专利]高效制备氮化镓衬底的方法

说明书

本发明公开了一种高效制备氮化镓衬底的方法，其特征在于：在硅衬底正反两面上用卤化物气相外延法生长氮化镓厚膜，控制生长条件，使双面氮化镓厚膜的厚度基本相同，酸或碱溶液腐蚀去除硅衬底，可以得到两片氮化镓厚膜衬底。本发明提出了利用硅衬底正反双面同时外延GaN厚膜，控制生长条件使得两面外延的氮化镓厚度相等或相近、分布均匀，这样两面外延的氮化镓对于硅衬底的应力减弱或相互抵消，从而得到高质量低应力GaN厚膜的方法。生长完成后的样品在碱溶液或酸溶液中进行腐蚀即可得到2片氮化镓衬底。

技术领域

本发明涉及到一种高效制备氮化镓衬底的方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

以GaN及InGaN、AlGaN合金材料为主的III-V族氮化物材料(又称GaN基材料)是近几年来国际上倍受重视的新型半导体材料。GaN基材料是直接带隙宽禁带半导体材料，具有1.9—6.2eV之间连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强和高热导率等优越性能，在短波长半导体光电子器件和高频、高压、高温微电子器件制备等方面具有重要的应用，用于制造比如蓝、紫、紫外波段发光器件、探测器件，高温、高频、高场大功率器件，场发射器件，抗辐射器件，压电器件等。

GaN单晶的熔点高达2300℃，分解点在900℃左右，生长需要极端的物理环境，而且大尺寸GaN单晶无法用传统晶体生长的方法得到。所以大多数的GaN薄膜都是在异质衬底上外延得到的。目前应用于半导体技术的GaN主要是采用异质外延方法在蓝宝石、SiC或Si等衬底上制备。在异质外延中，由于GaN材料和异质衬底之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配，得到的GaN外延层中会有应力并产生处于10⁸-10⁹/cm²量级的位错密度，这些缺陷降低了外延层的质量，限制了GaN材料的热导率、电子饱和速度等参数，大大影响了器件的可靠性、成品率，而且巨大的应力会造成GaN厚膜和异质衬底裂成碎片，因而无法应用。

异质衬底如蓝宝石或硅上外延氮化镓时要经历升温-外延-降温的过程，外延失配起源于异质衬底和氮化镓晶格常数的不同产生的晶格失配，热失配起源于外延过程中升温或降温时因为二者热膨胀系数的不同导致的热应力。无论是采用何种异质外延设备，高温条件下外延完成后，氮化镓薄膜从大于1000摄氏度的高温降至室温的过程中产生的热失配应力，远大于初始高温条件下外延时产生的晶格失配。因此，生长氮化镓厚膜后降温过程产生的应力会导致样品弯曲、氮化镓薄膜产生裂纹甚至碎裂。

控制硅上氮化镓外延应力的方法有很多，比如低温氮化铝缓冲层、高低温氮化铝缓冲层、两步法生长等。但是这些方法不能完全消除应力，需要创新性的思路来研发低成本、工艺简单、高成品率的技术和方法来获得低应力氮化镓薄膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效制备氮化镓衬底的方法。

本发明采取的技术方案为：

一种高效制备氮化镓衬底的方法，其特征在于：在硅衬底正反两面上用卤化物气相外延法生长氮化镓厚膜，控制生长条件，使双面氮化镓厚膜的厚度基本相同，碱溶液或酸溶液腐蚀去除硅衬底，得到两片氮化镓厚膜衬底。

优选的，在硅衬底正反两面先生长缓冲层，再用卤化物气相外延法生长氮化镓厚膜。

优选的，所述缓冲层为氮化镓层，或者氮化铝层。

优选的，其步骤包括：

(1)清洗硅衬底；

(2)将硅衬底置于HVPE反应器中，低温区升温至850～1000℃，高温区升温至450～650℃，开始在硅衬底双面生长氮化镓，厚度为100-1000nm；