[发明专利]一种SiC基片外延制备GaN的方法

说明书

本发明申请提供了一种SiC基片外延制备GaN的方法，具体包括以下步骤：（1）SiC基片的抛光和腐蚀预处理；（2）硅挡板的制备，基于均匀原则制备表面具有与腐蚀坑互补的微孔的第一挡板；将腐蚀坑和微孔叠加后对应制备具有所述完整表面的第二挡板；（3）在第一挡板保护下对SiC基片和过渡层表面刻蚀处理；（4）过渡层的制备，所述过渡层结构为AlN或AlN/GaN或AlN/GaN/AlN中的任一种；（5）在第二挡板保护下对过渡层刻蚀后处理；（6）采用金属有机化学气相沉积法在SiC基片表面制备GaN膜层。本发明的技术方案可以获得具有均匀分布孔洞的SiC基片，实现GaN膜层生长过程中应力的均匀释放，进而获得高质量大直径的GaN膜层。

技术领域

本发明涉及氮化镓制备领域，更具体地，涉及一种SiC基片外延制备GaN的方法。

背景技术

氮化镓（GaN）是近年来备受关注和寄予厚望的新型半导体材料，其优异的物理和化学性能，使得其在短波长半导体电子元器件上获得广泛的应用前景。

GaN受限于自身的物理性能，通常需要采用金属有机化学气相沉积法（MoCVD）在异质衬底上外延生长，其中SiC单晶和蓝宝石是GaN生长最常用的衬底材料。由于衬底材料与GaN的材料差异，会导致其晶体结构参数有显著的差异，进而导致衬底和GaN膜层之间出现晶格失配和热膨胀系数不同的问题，最终在外延生长过程中产生较大的内应力和晶体缺陷。采用缓冲层、横向外延过生长、柔性衬底等技术都可以不同程度降低GaN膜层中的缺陷。而采用对衬底进行表面处理也有望成为非常有效的一种方式。

作为普遍使用的衬底之一，碳化硅属于第三代半导体材料，是宽禁带半导体材料的一种，主要特点是高热导率、高饱和以及电子漂移速率和高击场强等，在电动汽车、通信、高铁、以及航空航天等领域有着广阔的前景。碳化硅单晶基片表面的缺陷包括微管和位错，这些缺陷的存在会使得GaN外延生长出现缺陷贯穿和位错延续生长等问题，从而使得GaN的质量降低。

因此，对于外延制备GaN的碳化硅基片，如何通过对其进行表面处理，来获得高质量的GaN，具有重要的应用价值。

发明内容

就上述现有技术存在的问题，本发明申请提出一种可显著降低SiC基片外延生长GaN膜层中应力的方法，从SiC基片表面位错等缺陷入手，结合腐蚀、等离子刻蚀和过渡层处理，来获得表面具有均匀分布孔洞的SiC基片，实现GaN膜层生长过程中应力的均匀释放，进而获得高质量大直径的GaN膜层。

为实现上述目的，本发明申请的一种SiC基片外延制备GaN的方法，其技术方案包括以下步骤：

（1）SiC基片的抛光和腐蚀预处理：SiC基片首先进行表面抛光处理，然后进行表面腐蚀处理获得微管和位错的腐蚀坑；SiC基片的抛光后表面粗糙度不超过1 nm，从而使腐蚀处理后获得的腐蚀坑清晰可见；

（2）硅挡板的制备：采用光学显微镜确定腐蚀坑的位置分布和密度，基于均匀原则制备表面具有与腐蚀坑互补的微孔的第一挡板；将腐蚀坑和微孔叠加后获得孔洞均匀分布的完整表面，并对应制备具有所述完整表面的第二挡板；

（3）SiC基片表面刻蚀处理：利用第一挡板对SiC基片进行定位保护，采用物理刻蚀方法透过第一挡板的微孔在SiC基片表面进行刻蚀处理，使得SiC基片在无腐蚀坑区域获得具有与第一挡板微孔位置对应的第二孔洞，所述腐蚀坑和所述第二孔洞叠加后与所述第二挡板表面的孔洞位置一一对应；

（4）过渡层的制备：在上一步骤处理后的SiC表面制备过渡层，所述过渡层结构为AlN或AlN/GaN或AlN/GaN/AlN中的任一种；

（5）过渡层的后处理：利用第二挡板对SiC基片进行定位保护，采用物理刻蚀方法透过第二挡板的孔洞对SiC表面过渡层再次进行表面刻蚀处理，使得SiC基片表面的腐蚀坑和第二孔洞不被过渡层完全遮盖；

（6）GaN膜层的制备：采用金属有机化学气相沉积法在SiC基片表面制备GaN膜层。