一种氮化镓单结晶基板的制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓单结晶基板的制造方法，旨在解决现有技术制造氮化镓单晶基板存在结晶缺陷的问题，包括以下步骤：S1、选取铝镁酸钪(ScAlMgO4)作为衬底；S2、通过MOCVD有机金属气相生长法在所述衬底上生长GaN系缓冲层；S3、通过HVPE气相生长法在所述GaN系缓冲层上外延生长GaN单晶层；S4、将所述GaN单晶层切片，形成GaN单结晶基板；S5、研磨抛光；S6、洗净。在本发明专利技术中，因为GaN基板的晶格常数和热膨胀系数同ScAlMgO4基板基本一致,所以通过MOCVD方法在ScAlMgO4基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶的制造。造。造。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓单结晶基板的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种氮化镓单结晶基板的制造方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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，如蓝宝石(αAl2O3)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、铝镁酸钪(ScAlMgO4)等材质制造的基板,通过氢化物气相外延(HVPE)法制得由GaN层层叠而成的复合基板,或者将层叠而成的GaN层从异种材料的基板上剥离或者切片后,作为GaN独立基板使用。如果将氮化镓的晶格常数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.09倍，碳化硅为2.91倍，蓝宝石为2.51倍，并且如果将氮化镓的热膨胀系数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.08倍，碳化硅为0.87倍，蓝宝石为1.36倍，因此，当在以这些材料制成的基板上生长GaN结晶时,因为生长的结晶和基板间的晶格常数和热膨胀系数的差异,导致成长的GaN内部产生应力,使得结晶缺陷甚至断裂，而受到GaN内部残留应力的影响,晶片整体会产生变形翘起。另外，铝镁酸钪同氮化镓相比，晶格常数为1.01倍，热膨胀系数为1.1倍，几乎相等，不过如果将其用作GaN晶体生长的衬底，在一般的HVPE方法中，GaN晶体生长时会损伤铝镁酸钪衬底，与上述方法一样都无法避免结晶缺陷的发生，相比之下情况并没有得到显著的改善。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的是提供一种氮化镓单结晶基板的制造方法，解决现有技术制造氮化镓单晶基板存在结晶缺陷的问题。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种氮化镓单结晶基板的制造方法，包括以下步骤：
[0007]S1、选取铝镁酸钪(ScAlMgO4)作为衬底；
[0008]S2、通过MOCVD有机金属气相生长法在所述衬底上生长GaN系缓冲层；
[0009]S3、通过HVPE气相生长法在所述GaN系缓冲层上外延生长GaN单晶层；
[0010]S4、将所述GaN单晶层切片，形成GaN单结晶基板；
[0011]S5、研磨抛光；
[0012]S6、洗净。
[0013]可选地，所述步骤S2中，在MOCVD反应室内将衬底热处理，温度维持在800
‑
1300℃，持续300
‑
2000s，然后降温，在低于600℃的低温反应条件下，促成GaN系缓冲层的生长。
[0014]可选地，所述步骤S3中，在800
‑
1050℃的高温反应条件下，通过HVPE气相生长法促成GaN单晶层的外延生长，并控制GaN单晶层厚度在衬底厚度的0.2
‑
1.5倍之间。
[0015]可选地，所述步骤S4中，采用内圆锯切割机对GaN单晶层进行切片，切割方向垂直于GaN单晶层的中轴线方向。
[0016]可选地，所述步骤S4中，GaN单结晶基板的厚度为500μm。
[0017]可选地，所述步骤S5中，采用胶态二氧化硅的化学机械研磨抛光法研磨抛光GaN单结晶基板表面。
[0018]可选地，所述步骤S6中，采用碱性水溶液、硬度低于GaN单结晶基板且吸收碱性水溶液的高分子化合物材料，在GaN单结晶基板表面的平行方向移动擦刷洗净。
[0019]可选地，所述步骤S6中，碱性水溶液为选自由氢氧化钾及氢氧化钠所组成的群且碱的浓度为0.05～0.5质量％的碱性水溶液，高分子化合物材料由三聚氰胺泡棉树脂、多孔性聚乙烯醇树脂、纤维状聚酯树脂、或尼龙树脂所组成。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]由于GaN基板的晶格常数和热膨胀系数同ScAlMgO4基板基本一致,所以通过MOCVD方法在ScAlMgO4基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，并经过切片、研磨抛光、清洗，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶基板的制造。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术的一种实施方式的氮化镓单结晶基板的制造工序示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]21、衬底；22、GaN系缓冲层；23、GaN单晶层；24、GaN单结晶基板。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
[0027]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0028]在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
[0029]并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
[0030]另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0032]一种氮化镓单结晶基板的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取铝镁酸钪(ScAlMgO4)作为衬底(21)；S2、通过MOCVD有机金属气相生长法在所述衬底(21)上生长GaN系缓冲层(22)；S3、通过HVPE气相生长法在所述GaN系缓冲层(22)上外延生长GaN单晶层(23)；S4、将所述GaN单晶层(23)切片，形成GaN单结晶基板(24)；S5、研磨抛光；S6、洗净。2.根据权利要求1所述的一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中，在MOCVD反应室内将衬底(21)热处理，温度维持在800
‑
1300℃，持续300
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2000s，然后降温，在低于600℃的低温反应条件下，促成GaN系缓冲层(22)的生长。3.根据权利要求1所述的一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中，在800
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1050℃的高温反应条件下，通过HVPE气相生长法促成GaN单晶层(23)的外延生长，并控制GaN单晶层(23)厚度在衬底(21)厚度的0.2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：山本晓，张海涛，刘良宏，许彬，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：