[发明专利]一种氮化镓同质衬底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓同质衬底及其制备方法，制备方法包括以下步骤：先将氮化镓多晶基板涂镓氨化，然后非晶化处理，再将具有六方结构的二维晶体薄膜转移至多晶衬底基板上；然后对二维晶体薄膜表面处理，产生悬挂键；再在二维晶体薄膜上生长AlN成核层；随后在AlN成核层上外延生长氮化镓厚膜；最后将多晶衬底基板去除即得氮化镓同质衬底。本发明在氮化镓基板上利用可转移的单晶石墨烯为氮化物生长提供所需的六方模板，比蓝宝石等异质衬底上转移二维薄膜的热膨胀应力低，使得HVPE氮化镓厚膜生长空间得到提高，氮化镓自支撑衬底获得成本大为降低。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓同质衬底及其制备方法。

背景技术

在目前所获得自支撑氮化镓衬底时，使用二维膜转移的方法中，如果采用蓝宝石衬底，由于晶格与热应力适配问题，所获得的自支撑衬底缺陷较大，找到一种质量更好，又便宜的工艺方法是努力的方向。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种氮化镓同质衬底及其制备方法，以解决氮化镓衬底晶格缺陷高以及衬底制备成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种氮化镓同质衬底制备方法，包括以下步骤：

S1：制备多晶氮化镓基板，并在基板表面涂布厚度为10～100nm的金属镓薄膜，然后氨化处理，以在金属镓薄膜上形成镓膜氨化层；

S2：对经过S1处理后的基板进行非晶化处理，使镓膜氨化层转化成厚度为3～120nm的非晶化层；

S3：在非晶化层上转移一层厚度为2～50nm的二维薄膜；二维薄膜的材质为石墨烯、六方氮化硼、二硫化钨、二硫化钼、二硒化钨、二硒化钼、二碲化钨或二碲化钼；

S4：对二维薄膜进行氨化处理；

S5：在氨化处理后的二维薄膜上沉积厚度为20～50nm的AlN缓冲层；

S6：在AlN缓冲层上生长氮化镓薄膜；

S7：除去多晶氮化镓基板，得氮化镓同质衬底。

本发明中的氮化镓生长衬底以多晶氮化镓为基板。

本发明在缓冲层与基板之间转移有二维薄膜，二维薄膜结构为六方晶体结构，与氮化镓晶格一致，可为GaN的生长提供晶格模板，降低GaN对衬底的依赖，从而提高氮化镓生长质量。

本发明中的缓冲层为AlN缓冲层，AlN具有六方晶系结构，在AlN缓冲层上生长氮化镓薄膜，所得到的薄膜与基板具有相同的取向，氮化镓薄膜内缺陷少，质量高，由此制得的同质衬底性能更加优良。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，S1中制备多晶氮化镓基板的方法包括以下步骤：将氮化镓多晶粉末压制成厚度为1～10mm的薄板，然后在45～55MPa、950～1050℃条件下烧结25～35h，得多晶氮化镓基板。

本发明中通过挤压、烧结的方式将多晶氮化镓粉末制成多晶氮化镓板，可使板材内部的构成粒子在大致法线方向上沿特定结晶方位取向，所得到的板材内部粒子排列规整，内部缺陷较少，在此基板上进行后续功能层的生长，功能层不会出现晶格缺陷，所得到的生长衬底性能更加优良。

进一步，S2中多晶氮化镓基板非晶化处理的方法为激光熔凝，熔凝过程中激光的能量密度为100～120kW/cm²。