一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法技术

本发明专利技术公开了一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，采用化学气相沉积法，在铜箔上生长得到六方氮化硼；降温处理使其表面出现连续且均匀的褶皱；将铜箔上具有褶皱的六方氮化硼转移到其它衬底上作为生长氮化镓的插入层；利用氧等离子体处理六方氮化硼褶皱；采用金属有机化学气相沉积法，生长低V/III比氮化镓成核层；采用金属有机化学气相沉积法，生长高V/III比氮化镓层。本发明专利技术采用氧等离子体处理六方氮化硼褶皱，在六方氮化硼褶皱处形成缺陷和原子台阶，以六方氮化硼褶皱边缘为成核点，侧向生长形成完整连续的氮化镓薄膜。侧向生长的过程也减少了外延层中的位错，进一步提高了氮化镓的晶体质量，具有很强的实用性。具有很强的实用性。具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及基于氧等离子体处理六方氮化硼褶皱的氮化镓薄膜生长方法。

技术介绍

[0002]氮化镓作为一种代表性的宽禁带半导体材料，因其优异的光电性能和稳定性，十分适合制备光电子器件和微波射频器件，在照明与显示、5G通信、高频高功率光电设备等领域都有着广阔的前景。
[0003]由于氮化镓同质衬底的缺乏，大部分氮化镓基器件主要是以异质外延的方式在蓝宝石、碳化硅（SiC）、硅（Si）等衬底上制备。然而，由于异质外延时衬底与外延层之间晶格失配和热失配的存在，所产生的较大残余双轴应力会使得氮化镓材料出现裂纹甚至断裂，这影响了氮化镓的晶体质量，也不利于后续的器件制备。获得高质量、低缺陷的氮化镓材料是研究的关键。
[0004]六方氮化硼与氮化镓同为III族氮化物，非常适合作为氮化镓生长的衬底。文献Snure Michael, et al., Journal of Crystal Growth. 464(2016) 研究了六方氮化硼表面粗糙度对氮化镓薄膜位错密度的影响，氮化镓最低的位错密度也达到了10
9 cm
‑1量级，远达不到高质量氮化镓的标准。文献Kong Wei, et al., Nature materials. 17.11(2018) 利用六方氮化硼远程外延氮化镓。即使是使用单层六方氮化硼也无法得到取向一致的单晶氮化镓薄膜。

技术实现思路

[0005]为了解决六方氮化硼上氮化镓材料的晶体质量较差的不足，本专利技术提供一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，包括如下步骤：（1）采用化学气相沉积法，在铜箔上生长六方氮化硼；（2）对铜箔上六方氮化硼降温处理，使六方氮化硼表面出现连续且均匀的褶皱；（3）将铜箔上具有褶皱的六方氮化硼转移到其它衬底上；具有褶皱的六方氮化硼作为生长氮化镓的插入层；（4）利用氧等离子体处理六方氮化硼的褶皱；（5）采用金属有机化学气相沉积法，生长低V/III比氮化镓成核层；（6）采用金属有机化学气相沉积法，生长高V/III比氮化镓层。
[0006]六方氮化硼具有六边形的面内晶格排列，层间通过弱的范德华力结合，可以作为氮化镓生长的衬底。与传统异质外延相比，六方氮化硼和外延层之间的相互作用力要弱两个数量级并且导热性更好，不需要严格遵循晶格匹配。这种外延方式可以缓解晶格失配和热失配造成的应力和缺陷。
[0007]氧等离子体在六方氮化硼褶皱边缘形成缺陷和原子台阶，利用缺陷和台阶边缘吸附能高的特点，以六方氮化硼褶皱边缘为成核点，再侧向生长形成完整连续的氮化镓薄膜。
侧向生长的过程也减少了外延层中的位错，提高了晶体质量。
[0008]优选的，所述六方氮化硼的层数为5
‑
30层。
[0009]优选的，所述转移的衬底选自蓝宝石、碳化硅、硅中的一种。
[0010]优选的，所述转移到衬底上的六方氮化硼具有典型的褶皱，宽度为50
‑
300 nm，高度为20
‑
40 nm，均匀覆盖在衬底表面。
[0011]优选的，所述氧气流量50
‑
200 sccm，等离子体功率为50
‑
400 W，刻蚀时间为0.5
‑
5 min。
[0012]优选的，所述氧等离子体处理后的六方氮化硼褶皱，宽度为40
‑
200 nm，高度为15
‑
30 nm，褶皱上出现N
‑
O和B
‑
O悬挂键形式的缺陷和原子台阶。经氧等离子体的处理破坏了六方氮化硼的完美表面，且更容易对褶皱处进行刻蚀，使其在空间上产生N
‑
O和B
‑
O悬挂键形式缺陷和原子台阶。而氮化镓的成核就发生在缺陷和原子台阶富集的区域，因为这是表面状态发生变化的地方。这种在褶皱处优先成核的方式利于后续横向生长，获得低位错密度的氮化镓薄膜。
[0013]优选的，所述金属有机化合物气相沉积方法生长氮化镓成核层，生长温度为450
‑
600 ℃，V/III比为5000
‑
8000，生长时间为5
‑
10 min。
[0014]优选的，所述金属有机化合物气相沉积方法生长氮化镓层，生长温度为1000
‑
1100 ℃，V/III比为20000
‑
30000，生长时间为1.5
‑
3 h。
[0015]优选的，所述氮化镓成核层优先沿着六方氮化硼褶皱边缘成核，然后侧向生长形成平整的氮化镓薄膜。
[0016]本专利技术还提供一种由上述氮化镓生长方法生成的氮化镓。使用上述方法生长后的氮化镓层通过机械剥离的方法从衬底上剥离下。具体步骤：用热释胶带缓慢、均匀的粘在氮化镓层表面，将粘住氮化镓层的热释胶带完整的从衬底层剥离，再将其紧紧贴附于目标衬底上后进行加热，使得热释胶带失去粘性，脱离氮化镓层，完成剥离。
[0017]有益效果第一，本专利技术采用六方氮化硼作为插入层，减少了衬底与外延层之间的晶格失配和热失配，提高了氮化镓的质量。
[0018]第二，本专利技术采用氧等离子体处理六方氮化硼褶皱，氮化镓优先在褶皱上成核再侧向生长形成连续薄膜。氮化镓的侧向生长也减少了外延层中的位错，进一步提高了氮化镓的晶体质量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术氧等离子体处理六方氮化硼褶皱前后的扫描电子显微镜图；图4为本专利技术氧等离子体处理六方氮化硼褶皱前后的X射线光电子能谱图；图5为本专利技术六方氮化硼上低温氮化镓缓冲层的原子力显微镜图；图6为本专利技术六方氮化硼上氮化镓缓冲层截面的透射电子显微镜图；图7为本专利技术六方氮化硼上氮化镓薄膜的原子力显微镜图；图8为本专利技术六方氮化硼上生长氮化镓薄膜剥离前后E2‑
high峰位的拉曼光谱图；
图9为本专利技术六方氮化硼上剥离的氮化镓薄膜底面的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0020]以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
实施例
[0021]一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，根据图1所示的步骤在生长如图2所示的结构，具体步骤如下：步骤一：采用化学气相沉积法，在铜箔上生长得到六方氮化硼，六方氮化硼的层数为10层；步骤二：铜箔上六方氮化硼降温收缩，表面出现连续且均匀的褶皱，宽度为50
‑
300 nm，高度为20
‑
40 nm，均匀覆盖在衬底表面；步骤三：将铜箔上具有褶皱的六方氮化硼转移到衬底上；步骤四：利用氧等离子体处理六方氮化硼褶皱，氧气流量100 sccm，等离子体功率为200 W，刻蚀时间为2 min；参见附图3，它是本实施例提供的氧等离子体处理六方氮化硼前后的扫描电子显微镜图。图中，a图显示了六方氮化硼褶皱的典型形貌；b图表明六方氮化硼褶皱经过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，其特征在于，包括如下步骤：采用化学气相沉积法，在铜箔上生长六方氮化硼；对铜箔上六方氮化硼降温处理，使六方氮化硼表面出现连续且均匀的褶皱；将铜箔上具有褶皱的六方氮化硼转移到其它衬底上；具有褶皱的六方氮化硼作为生长氮化镓的插入层；利用氧等离子体处理六方氮化硼的褶皱；采用金属有机化学气相沉积法，生长低V/III比氮化镓成核层；采用金属有机化学气相沉积法，生长高V/III比氮化镓层。2.如权利要求1所述的一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，其特征在于，步骤（1）所述生长的六方氮化硼的层数为5
‑
30层。3.如权利要求1一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，其特征在于，步骤（3）所述的衬底选自氮化镓、蓝宝石、SiC、Si、AlN、SiO2中的一种。4.如权利要求1一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，其特征在于，步骤（3）所述的褶皱宽度为50
‑
300 nm，高度为20
‑
40 nm，均匀覆盖在衬底表面。5.如权利要求1一种六方氮化硼上生长氮化镓的方法，其特征在于，步骤（4）中利用氧等离子体处理六方氮化硼的褶皱时氧气流量50
‑
200 sccm，等离子体功率为50
‑
400 W，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹冰，徐立跃，王钦华，陈王义博，李路，杨帆，蔡鑫，李建洁，陶佳豪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：