[发明专利]一种基于等离子体CVD的氮化镓单结晶基板制造方法

说明书

本发明公开了一种基于等离子体CVD的氮化镓单结晶基板制造方法，包括四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)，包括以下步骤：S1、选取四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)作为基板衬底本发明；S2、采用等离子体CVD或热CVD方法中的一种方法，在所述四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底上形成二氧化硅(SiO₂)薄膜层；S3、在S2步骤中形成的二氧化硅(SiO₂)薄膜层上通过HVPE方法在高温下外延生长氮化镓(GaN)单晶层；S4、将氮化镓(GaN)单晶层上的四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底和二氧化硅(SiO₂)薄膜层去除。本发明利用等离子体CVD或热CVD方法和HVPE方法进行二级生长，有效避免氮化镓(GaN)晶体生长时损伤四氧化镁铝钪衬底，实现无位错、无结晶缺陷的高品质氮化镓(GaN)结晶基板的制造。

技术领域

本发明涉及氮化镓材料制备相关技术领域，具体为一种基于等离子体CVD 的氮化镓单结晶基板制造方法。

背景技术

GaN是第三代宽禁带半导体的典型代表，已被广泛应用于半导体照明、微波功率器件和电力电子器件等方面，展现出巨大的应用前景。用于氮化镓生长的最理想衬底自然是氮化镓单晶材料，这样的同质外延(即外延层和衬底是同一种材料)可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。

但是氮化镓单晶生长困难，价格昂贵，大规模化同质外延生长目前仍然没有可能。因此，目前氮化镓单晶制备仍然采用异质外延，如蓝宝石(αAl₂O₃)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、铝镁酸钪(ScAlMgO₄)等材质制造的基板,通过氢化物气相外延(HVPE)法制得由GaN层层叠而成的复合基板,或者将层叠而成的 GaN层从异种材料的基板上剥离或者切片后,作为GaN独立基板使用。如果将氮化镓的晶格常数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.09倍，碳化硅为2.91倍，蓝宝石为2.51倍，并且如果将氮化镓的热膨胀系数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.08倍，碳化硅为0.87倍，蓝宝石为1.36倍，因此，当在以这些材料制成的基板上生长GaN结晶时,因为生长的结晶和基板间的晶格常数和热膨胀系数的差异,导致成长的GaN内部产生应力,使得结晶缺陷甚至断裂，而受到 GaN内部残留应力的影响,晶片整体会产生变形翘起。另外，铝镁酸钪同氮化镓相比，晶格常数为1.01倍，热膨胀系数为1.1倍，几乎相等，不过如果将其用作GaN晶体生长的衬底，在一般的HVPE方法中，氮化镓(GaN)晶体生长时会损伤四氧化镁铝钪衬底，与上述方法一样都无法避免结晶缺陷的发生，相比之下情况并没有得到显著的改善，因此发明人设计了一种基于等离子体 CVD的氮化镓单结晶基板制造方法，解决上述技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于等离子体CVD的氮化镓单结晶基板制造方法，解决了氮化镓(GaN)晶体生长时会损伤四氧化镁铝钪 (ScAlMgO₄)衬底的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于等离子体CVD的氮化镓单结晶基板制造方法，包括四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)，包括以下步骤：

S1、选取四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)作为基板衬底；

S2、采用等离子体CVD或热CVD方法中的一种方法，在所述四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底上形成二氧化硅(SiO₂)薄膜层；

S3、在S2步骤中形成的二氧化硅(SiO₂)薄膜层上通过HVPE气相生长法在高温下外延生长氮化镓(GaN)单晶层；