一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，包括如下步骤：(1)提供衬底；(2)于所述衬底上表面形成AlN薄层；(3)于所述AlN薄层上形成AlN纳米柱层，所述纳米柱层均匀排列，方向与厚度一致；(4)于所述AlN纳米柱层顶端生长二维具有高侧向延展性的GaN层；(5)在所述GaN层上持续生长GaN单晶厚膜；(6)降温，将GaN单晶厚膜自所述衬底上剥离，形成自支撑晶体。本发明专利技术具有成本低、良率高、应力吸收明显的特点，同时，适用于制备的自支撑氮化镓单晶尺寸更大，解决了超大尺寸氮化镓单晶不易制备的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶及其制备方法。
技术介绍
GaN是第三代宽禁带半导体的典型代表，已被广泛应用于半导体照明、微波功率器件和电力电子器件等方面，展现出巨大的应用前景。用于氮化镓生长的最理想衬底自然是氮化镓单晶材料，这样的同质外延(即外延层和衬底是同一种材料)可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。但是氮化镓单晶生长困难，价格昂贵，大规模化同质外延生长目前仍然没有可能。因此，目前氮化镓单晶制备仍然采用异质外延，如硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底等。目前基本上所有的商业化GaN衬底(晶圆，基片)都是通过HVPE制造的。但是其尺寸通常还是局限在2寸，更大的尺寸比如4英寸受到了曲率半径的限制。而HVPE由于采用异质外延，晶格常数和热膨胀数造成的应力会引起氮化镓在长厚时或冷却时开裂。现有的解决方法是在蓝宝石表面先用MOCVD生长几微米GaN薄膜并进行界面处理形成各种掩模，一方面减少生长时的起始缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，所述超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，包括如下步骤：/n(1)提供衬底；/n(2)于所述衬底上表面形成AlN薄层；/n(3)于所述AlN薄层上形成AlN纳米柱层，所述纳米柱层均匀排列，方向与厚度一致；/n(4)于所述AlN纳米柱层顶端生长二维具有高侧向延展性的GaN层；/n(5)在所述GaN层上持续生长GaN单晶厚膜；/n(6)降温，将GaN单晶厚膜自所述衬底上剥离，形成自支撑晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，所述超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，包括如下步骤：
(1)提供衬底；
(2)于所述衬底上表面形成AlN薄层；
(3)于所述AlN薄层上形成AlN纳米柱层，所述纳米柱层均匀排列，方向与厚度一致；
(4)于所述AlN纳米柱层顶端生长二维具有高侧向延展性的GaN层；
(5)在所述GaN层上持续生长GaN单晶厚膜；
(6)降温，将GaN单晶厚膜自所述衬底上剥离，形成自支撑晶体。


2.如权利要求1所述的超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，所述AlN薄层、AlN纳米柱层可以分别替换为GaN薄层、GaN纳米柱层。


3.如权利要求1所述的超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述衬底包括但不限于硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或砷化镓衬底中任一种。


4.如权利要求1所述的超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述AlN薄层形成采用溅射法，采用高纯度铝靶材，在N2与Ar的混合气体环境下，温度设置为400～800℃，压力设置为0.1～2Pa，处理时间设置为10～30min。


5.如权利要求1所述的超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述AlN薄层形成采用HVPE工艺，温度设置为1000～1600℃，压力设置为50～1000Torr，V/III设置为2～100，处理时间设置为10～40min。


6.如权利要求4～5所述的超大尺寸自支撑氮化镓单晶的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良宏，张海涛，肖文，庞博，
申请(专利权)人：无锡吴越半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32