[发明专利]阻碍半极性面氮化镓生长并制备自剥离氮化镓晶体的方法

说明书

本发明公开了一种阻碍半极性面氮化镓生长并制备自剥离氮化镓晶体的方法，包括以下步骤：制备具有倒六棱锥结构、暴露出半极性面的GaN晶体；可还原的金属盐溶液或金属盐熔液在GaN非极性面电解还原得到对应金属；以及在GaN晶体生长过程中，电沉积金属阻碍非极性面GaN生长，产生空隙进而在降温过程中由于应力作用得到自剥离GaN晶体。通过在半极性面沉积金属的方法，仅在样品半极性面形成了阻碍结构，借助空位辅助分离原理，制备的处理衬底在后期生长GaN体单晶过程中，有助于缓解晶体中的应力和实现晶体的自剥离。

技术领域

本发明涉及一种阻碍氮化镓籽晶层半极性面合并生长自剥离氮化镓(GaN)晶体的方法。该法简洁，方便，直接，易操作，可制备生长自剥离GaN晶体所使用的处理衬底，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN是第三代半导体的典型代表，在高频、大功率器件方面有着广泛的应用。然而，当前使用的GaN基器件大部分都是依靠异质外延制备的，异质外延由于GaN与衬底之间存在晶格失配和热失配导致生长的GaN晶体具有很高的位错密度和残余应力，严重影响了GaN基器件的性能。为减小GaN单晶中的位错和应力，对衬底进行预处理是生长高质量GaN单晶的关键技术。

目前预处理GaN衬底的方法主要有以下几种成功的案例：Y.Oshima等(2002年)研究并开发了空位辅助分离技术，即首先在MOCVD生长的初始衬底上制备纳米网络结构的TiN，然后再以此为衬底进行GaN的生长，并最终获得了高质量低位错密度的GaN外延层；Kensaku Motokit等(2007年)研究改善了倒六棱锥外延减小晶体缺陷的方法生长得到具有低缺陷密度的GaN晶体；Lei Zhang等(2014年)开发了二维材料涂覆方法，在MOCVD-GaN(Al₂O₃)衬底上涂覆了石墨烯和BN，阻断了GaN晶体生长过程中的位错延伸，降低了位错密度，提高了晶体质量；Moosang Lee等(2017年)使用HCl气体腐蚀衬底，制备了多孔结构的衬底，生长得到了厚度接近5mm的GaN晶体。这些方法对于生成高质量GaN单晶起到了一定作用，但工艺较为复杂，需要的辅助的仪器设备较多，不利于推广使用，本发明的阻碍氮化镓籽晶层半极性面合并生长自剥离氮化镓晶体的方法则很好的解决了这方面的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种阻碍半极性面氮化镓生长并制备自剥离氮化镓晶体的方法。

本发明一种阻碍半极性面氮化镓生长并制备自剥离氮化镓晶体的方法，包括以下步骤：

(1)制备具有倒六棱锥结构、暴露出半极性面{10-11}或{11-22}的GaN衬底；

(2)在暴露半极性面的GaN衬底上制备电极；

(3)选择可电解还原的金属，制备其对应金属盐溶液(熔液)；

(4)组装金属电沉积电路，将带有电极、暴露半极性面的GaN衬底连接在直流电源的负极，选择其他电极连接直流电源的正极，将连接好的正、负极放入制备的金属盐溶液(熔液)中；

(5)控制电压或电流，选择适宜沉积时间，得到具有金属沉积的前处理GaN衬底；

(6)将金属沉积的前处理衬底放入去离子水中，长时间超声，去除GaN衬底表面弱连接的沉积金属，得到半极性面具有金属遮蔽的GaN衬底；

(7)对上述衬底进行GaN单晶的生长，借助HVPE法生长GaN单晶，以纯度为7N金属镓作为Ga源，6N的氨气作为N源，通常以5N的HCl作为初始反应气体，选用高纯氮气或者氢气作为运输气体，可在相对温和的条件(反应压力1atm，反应温度1000℃左右)下，依靠含Ga初步反应生成物(以镓的氯化物气体为主)和氨气反应，在衬底上外延生成GaN单晶。

所述步骤(1)中的GaN晶体包括GaN单晶或单晶薄膜。