一种氮化镓生长衬底的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化镓生长衬底制作方法，属于晶体材料生长技术领域。所述生长衬底的制作方法是通过MOCVD在衬底晶体材料上先沉积一层硅，再通过蒸镀的方式在硅层上蒸镀一层金属镓，之后通入氧气气氛高温环境下使硅层和镓层氧化，之后使用氢氟酸对氧化层进行刻蚀形成氮化镓生长缓冲层，通过本发明专利技术设计的制作方法制作的氮化镓生长衬底材料的重复性好，其用于氮化镓生长具有位错密度低、生长晶体残余应力小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓生长衬底的制作方法
本专利技术涉及晶体材料生长
，具体涉及一种氮化镓生长衬底的制作方法。
技术介绍
以氮化镓为代表的第三代半导体材料，由于具有宽的禁带，可以发射波长比红外更短的蓝光。同时，氮化镓还具有高电子迁移率、高击穿电压、化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀等特点，非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。因此，氮化镓在半导体发光二极管、激光二极管、紫外探测器以及高能高频电子器件等方面有广阔的应用前景。目前GaN生长的研究已经成为国内外争相研究的热点，但由于同质衬底的缺乏，大部分都只能采用异质衬底进行生长，为了更利于成核，会先采用MOCVD的方法异质外延生长一层GaN薄膜，但由于晶格失配和热失配的原因，使得GaN薄膜存在较大应力，从而影响进一步的生长，导致开裂，同时大大降低了器件的性能和使用寿命，因此需要对GaN薄膜进行物理干预，处理来降低其生长应力和位错密度。现有的处理方法为在其表面沉积一层TiN，经退火处理在衬底表面生成TiN纳米网格的多孔结构，进而达到制备多孔衬底的目的，这种处理方式虽然能有效降低GaN薄膜的位错密度，但在降低应力方面做的还不够。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术专利设计了一种位错密度低，生长应力低的氮化镓生长衬底的制作方法，所述制作方法步骤包括，A、MOCVD设备中在晶体衬底材料上沉积一层3-5μm的硅层；B、蒸镀处理，将步骤a沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；r>C、氧化处理，蒸镀完成后于高温密闭环境中，氧气气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；D、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；E、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，并烘干。进一步的，所述步骤A中晶体衬底材料可选用但不限于三氧化二铝、碳化硅。进一步的，所述步骤C中氧气气氛为氧气加氩气、氧气加氮气或氧气加二氧化碳中的一种。进一步的，所述步骤A通过在反应器中通入包括硅烷或四氯化硅或二氯甲硅烷的硅源性气体在660～700℃的反应温度下沉积硅层。进一步的，所述步骤C中氧化处理的温度为500～759℃。进一步的，所述步骤E中生长衬底依次在三种液体中清洗5～20分钟。相对于现有技术，本专利技术设计的氮化镓生长衬底的制作方法的进步之处在于，采用蒸镀的方式在硅层上覆盖一层金属镓的薄膜，蒸镀可以不同的沉积速率、不同的基板温度和不同的蒸气分子入射角蒸镀成膜，因而可得到不同显微结构和结晶形态的薄膜，薄膜的纯度很高，易于在线检测和控制薄膜的厚度与成分，厚度控制精度最高可达单分子层量级，排出污染物很少且基本上没有，无"三废"公害；再者通过氢氟酸对氧化硅和氧化镓层进行腐蚀，可将大部分的二氧化硅腐蚀掉，降低生长衬底的位错密度、生长晶体残余应力，利于生长高质量氮化镓单晶；同时，本专利技术设计的方法操作简单，制备的缓冲衬底均匀、重复性好。附图说明图1是衬底的制作流程图图2是实施例1氮化镓生长衬底经刻蚀后表面SEM图图3是实施例2氮化镓生长衬底经刻蚀后表面SEM图图4是实施例3氮化镓生长衬底经刻蚀后表面SEM图图5是KOH-NaOH混合碱腐蚀后表面SEM图具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术设计了一种氮化镓生长衬底的制作方法的第一种实施例，在该实施例中，生长衬底的制作步骤如图1所示，具体为，A、沉积硅层，在MOCVD设备中在碳化硅晶体衬底材料上，通过在反应器中通入包括硅烷的硅源性气体在700℃的反应温度下沉积沉积一层5μm的硅层；B、蒸镀处理，将步骤a沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；C、氧化处理，蒸镀完成后于759℃的密闭环境中，氧气加氩气气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；D、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；E、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，在三种液体中依次清洗20分钟，并烘干。为了验证本专利技术与现有成熟的判定位错密度和种类的方法的异同，使用传统方法在碳化硅晶体材料上外延生长一层GaN外延层，并将其放在Ni坩埚内用KOH-NaOH混合碱腐蚀，腐蚀的温度为500℃，腐蚀时间为30分钟，并拍摄SEM图片，见图5所示，本实施例制得的衬底拍摄SEM图片，如图2所示，通过图2与图5的对比，可以看出，本专利技术设计的方法制备的缓冲衬底与传统成熟方法基本相同，具有大小两种凹坑，且都为六方形外貌。另外通过拉曼测试结果表明，应力的大小为1.156GPa。实施例2本专利技术设计了一种氮化镓生长衬底的制作方法的第二种实施例，在该实施例中，生长衬底的制作步骤如图1所示，具体为，A、沉积硅层，在MOCVD设备中在碳化硅晶体衬底材料上，通过在反应器中通入包括硅烷的硅源性气体在660℃的反应温度下沉积一层3μm的硅层；B、蒸镀处理，将步骤a沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；C、氧化处理，蒸镀完成后于500℃的密闭环境中，氧气加二氧化碳气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；D、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；E、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，在三种液体中依次清洗5分钟，并烘干。其拍摄的SEM图如图3所示，通过拉曼测试结果表明，应力的大小为0.574GPa。实施例3本专利技术设计了一种氮化镓生长衬底的制作方法的第三种实施例，在该实施例中，生长衬底的制作步骤如图1所示，具体为，A、沉积硅层，在MOCVD设备中在碳化硅晶体衬底材料上，通过在反应器中通入包括硅烷的硅源性气体在680℃的反应温度下沉积一层4μm的硅层；B、蒸镀处理，将步骤a沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；C、氧化处理，蒸镀完成后于650℃的密闭环境中，氧气加氮气气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；D、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；E、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，在三种液体中依次清洗10分钟，并烘干。其拍摄的SEM图如图4所示，通过拉曼测试结果表明，应力的大小为0.742GPa。上述内容仅为本专利技术创造的较佳实施例而已，不能以此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓生长衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法步骤包括，A、MOCVD设备中在晶体衬底材料上沉积一层3～5μm的硅层；/nB、蒸镀处理，将步骤A沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；/nC、氧化处理，蒸镀完成后于高温密闭环境中，氧气气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；/nD、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；/nE、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，并烘干。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓生长衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法步骤包括，A、MOCVD设备中在晶体衬底材料上沉积一层3～5μm的硅层；
B、蒸镀处理，将步骤A沉积硅层的晶体材料取出放到蒸镀机中在硅层上蒸镀一层镓；
C、氧化处理，蒸镀完成后于高温密闭环境中，氧气气氛下进行氧化处理，使硅层氧化成氧化硅，镓层氧化成氧化镓；
D、刻蚀处理，使用氢氟酸对晶体衬底材料表面的氧化硅层和氧化镓层进行刻蚀处理；
E、清洗处理，将刻蚀完毕的生长衬底依次于乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗，并烘干。


2.根据权利要求1所述的氮化镓生长衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤A中晶体衬底材料能够选用但不限于三氧化二铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：石恒业，邵永亮，张保国，胡海啸，李仕蛟，
申请(专利权)人：山东科恒晶体材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37