一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底技术

本发明专利技术提供一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底。氮化镓薄膜层的制备方法包括以下步骤：获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗；在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜；在所述石墨烯薄膜的表面形成氮化镓薄膜层。该氮化镓薄膜层的制备方法可以有效减少氮化镓薄膜层生长过程中的位错密度，从而提高氮化镓薄膜层的性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底。氮化镓薄膜层的制备方法包括以下步骤：获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗；在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜；在所述石墨烯薄膜的表面形成氮化镓薄膜层。该氮化镓薄膜层的制备方法可以有效减少氮化镓薄膜层生长过程中的位错密度，从而提高氮化镓薄膜层的性能。【专利说明】一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底
本专利技术涉及一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底。
技术介绍
金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organicChemical Vapor Deposition,简称MOCVD)是在气相外延生长基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，其主要以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种II1-V族、I1-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料，如在半导体领域常使用的GaN (氮化镓)薄膜。在利用MOCVD制备氮化镓薄膜层时，最理想的衬底是与氮化镓薄膜层同质的氮化镓衬底，然而氮化镓熔点高达2800°C，平衡蒸汽压达到4.5GPa，制备氮化镓体单晶极为困难，因此，目前衬底主要选自蓝宝石(a -A1203)、碳化硅(4H/6H-SiC)或硅(Si)。然而，蓝宝石衬底与氮化镓材料存在较大的晶格失配和热失配。尽管通过图形化表面衬底技术和二次生长方法，在一定程度上可以减小薄膜内部的位错密度，但仍然很难控制薄膜的质量；同时，由于蓝宝石衬底不导电，封装LED发光器件时，需要利用光刻、刻蚀、蒸镀等复杂工艺在外延层上制备电极，这大大减小了有效发光面积，减低了外延材料的利用率；蓝宝石衬底的低热导率使器件的散热困难。碳化硅衬底虽然与氮化镓材料的晶格失配率低，并具有良好的热传导和电传导，但是，在生长氮化镓薄膜层之前，需要在约1000°c的高温下生长AlGaN作为导电核层；而且SiC衬底价格昂贵。硅衬底与氮化镓材料之间的晶格失配和热失配更大，生长氮化镓薄膜层的难度远超蓝宝石衬底和碳化硅衬底。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题之一，本专利技术提供一种氮化镓薄膜层的制备方法，其制备难度低，而且可以减少生长过程中的位错密度，从而提高氮化镓薄膜层的性能。此外，本专利技术还提供一种衬底，其与氮化镓薄膜层之间的晶格失配小，表面利用率高,生产成本低。解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种氮化镓薄膜层，包括以下步骤:获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗；在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层；在所述石墨烯薄膜层的表面形成氮化镓薄膜层。其中，在对所述间接衬底进行清洗的步骤包括:将甲苯、四氯化碳、丙酮、乙醇、去离子水混合获得混合清洗液；利用所述混合清洗液对所述间接衬底进行超声清洗；在浓硫酸和H2O2的混合液中浸泡所述间接衬底；利用HF溶液去除所述间接衬底表面的原生氧化层；利用去离子水冲洗所述间接衬底；去除所述间接衬底表面的水分。其中，所述间接衬底超声清洗5~lOmin，所述间接衬底在浓硫酸和H2O2的混合液中浸泡3~6min，利用去离子水冲洗所述间接衬底3~8次。其中，利用质量浓度为2.5~4.5%的HF溶液刻蚀掉所述间接衬底表面的原生氧化层。其中，利用高纯氮气吹干所述间接衬底，以去除所述间接衬底表面的水分。其中，在所述间接衬底的表面制作石墨烯薄膜层的步骤包括:在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层；使所述SiC薄膜层热分解，从而在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层。其中，通过高温升华、液相外延、磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积或分子束外延工艺在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层。 其中，在所述间接衬底的表面形成SiC薄膜层的步骤包括:在所述间接衬底表面均匀铺展聚碳硅烷；在1050~1300°C的温度下使所述聚碳硅烷裂解形成SiC薄膜层。其中，在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层之前还需要:在500~900°C的温度下原位烘烤所述间接衬底I~3小时。其中，将表面形成有所述SiC薄膜层的所述间接衬底放置在温度为1100°C以上的环境中，使所述SiC薄膜层热分解，从而在所述石墨烯薄膜层的表面形成石墨烯薄膜层。其中，在所述间接衬底的表面形成氮化镓薄膜层的步骤中，将表面形成有石墨烯薄膜层的所述间接衬底放置在900°C以上的环境中，并通入TMGa气体和NH3气体，载气体为H2气，使所述石墨烯薄膜层中的C=C双键断裂，并与? NH2和/或MMG结合形成氮化镓薄膜层。其中，在形成氮化镓薄膜层后，还包括退火处理，用以减小所述氮化镓薄膜层的应力。其中，所述间接衬底为蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底、LiAlO3衬底或ZnO衬底。本专利技术还提供一种衬底，包括间接衬底和设置在所述间接衬底表面的氮化镓层，在所述间接衬底和所述氮化镓层之间还设有石墨烯薄膜层。其中，用于制作LED、蓝光激光器和太阳能电池。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供的氮化镓薄膜层的制备方法，在间接衬底的表面先形成石墨烯薄膜，然后在石墨烯薄膜的表面形成氮化镓薄膜层。由于在石墨烯薄膜内的局部区域存在岛状或链状结构，而且碳原子之间连接非常规则、柔韧，晶格失配小，因此可有效减少氮化镓薄膜层生长过程中的位错密度，从而提高氮化镓薄膜层的性能。另外，石墨烯薄膜导热良好，而且耐高温，在后期封装中可提高器件的散热效率，进而提闻器件使用寿命。在石墨烯薄膜表面生长完成后的氮化镓薄膜层沿晶格方向可在机械作用力下解理，而且表面光滑，可与玻璃、塑料和金属材料直接接触，因此可以进行多种器件的制备。如，在石墨烯薄膜表面生长完成后的氮化镓经发光外延解理后可直接进行LED的垂直封装。利用该制备方法获得的衬底与蓝宝石直接衬底相比，不用在衬底的表面制备电极即可实现垂直封装，从而使氮化镓薄膜层的使用效率至少提高20%;与碳化硅直接衬底相比，可有效降低氮化镓薄膜层的制作成本；与硅材料直接衬底相比，不再制作高难度S1-GaN缓冲层，而且可以有效减小应力对器件的影响。本专利技术提供的衬底，在间接衬底和氮化镓层之间设有石墨烯薄膜层，借助石墨烯薄膜层可以减小间接衬底和氮化镓层之间的晶格失配，从而可以提高氮化镓层的性能，以及减小应力；而且石墨烯薄膜具有良好的导热性，可以提高器件使用寿命；该衬底导电，不用在衬底的表面制备电极即可实现垂直封装，从而使氮化镓薄膜层的使用效率至少提高20%。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例氮化镓薄膜层的制备方法的流程图；图2为清洗Si间接衬底的流程图；图3为形成SiC薄膜层的流程图；图4为本专利技术实施例提供的衬底的结构图。【具体实施方式】为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的氮化镓薄膜层的制备方法及衬底进行详细描述。本实施例提供一种氮化镓薄膜层的制备方法。图1为本专利技术实施例氮化镓薄膜层的制备方法的流程图。如图1所示，氮化镓薄膜层的制备方法包括以下步骤:步骤SI，获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗。间接衬底可以采用蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底、LiAlO3衬底或ZnO衬底。本实施例以Si衬底为例进行说明，如图2所示，清洗Si间接衬底的具体步骤包括:步骤S11，将甲苯、四氯化碳、丙酮、乙醇、去离子水混合获得混合清洗液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓薄膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取间接衬底，并对所述间接衬底进行清洗；在所述间接衬底的表面形成石墨烯薄膜层；在所述石墨烯薄膜层的表面形成氮化镓薄膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：涂冶，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11