一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法。包括步骤如下：(1)在金属基板上制备腐蚀剥离层，然后在腐蚀剥离层上制备过渡界面层；(2)通入氨气，在氨气保护下，升温至GaN厚膜生长温度，在过渡界面层上生长GaN厚膜；(3)放入氢氟酸中，腐蚀10

【技术实现步骤摘要】
一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法，属于光电子功率器件领域。

技术介绍

[0002]GaN材料是制作光电子器件，尤其是蓝绿光LED和LD的理想材料，这类光源在高密度光信息存储、高速激光打印、全彩动态高亮度光显示、固体照明光源、高亮度信号探测、通讯等方面有着广阔的应用前景和巨大的市场潜力。此外GaN半导体材料也是制作高温、高频、大功率器件的理想材料。GaN是氮化物材料的代表，是具有优异的宽禁带III
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V族化合物半导体材料之一，是当今世界上先进的半导体材料之一。
[0003]磁控溅射技术是一种物理气相沉积技术，可以用来制作超导薄膜、磁性薄膜、超硬膜等各种特殊功能的薄膜。溅射指通过具有一定能量的粒子轰击固体的表面，固体表面的分子或原子收到轰击后离开固体，并从其表面射出，而磁控溅射是通过在两级之间引入一个磁场，电子会同时收到不同的电场和磁场作用，两者使得电子的运动轨迹成摆线行，均匀溅射到所需基板表面，成膜一致性好，速率快。
[0004]由于氮化物材料和蓝宝石衬底材料之间的热膨胀系数差异与晶格匹配比较大，在外延生长的氮化物中的应力较大，生长时在界面处产生裂纹，并且随着厚度的增加裂纹还会蔓延到表面，导致异质外延因热失配大很难生长500μm以上的GaN厚膜，当GaN厚膜超过500μm 时极易产生贯穿的裂纹，从而影响GaN厚膜的品质和性能。为减少生长的氮化物厚膜中应力，人们采用在异质生长的GaN上制作空隙结构后再生长氮化物厚膜来释放应力，也有研究通过电化学腐蚀，在GaN上腐蚀出纳米级微型缺陷坑，再通过金属有机化学气相沉积生长GaN 厚膜，释放异质结应力，然而以上效果并不明显，均无法生长出较厚的GaN外延层，需要寻找新的衬底材料。
[0005]金属的种类繁多，不同的金属材料具有不同的热膨胀系数，可以作为GaN厚膜的衬底，但是现有技术中面临着无法直接在金属衬底上生长GaN厚膜，或者生长GaN厚膜后剥离方式复杂，易对GaN厚膜造成损伤的问题。有鉴于此，本专利技术提供了一种在金属衬底生长GaN 厚膜的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法。本专利技术在和 GaN热膨胀系数相同或相近的金属基板上，溅射一层SiO2或SiN腐蚀剥离层，然后再溅射一层Al2O3过渡界面层，依次生长GaN厚膜，解决异质外延因热失配大无法生长GaN厚膜，为 GaN自支撑衬底的制备提供厚膜。将生长后的外延片放入，氢氟酸中即可实现GaN厚薄剥离，剥离的GaN厚膜可应用于同质外延的功率器件、蓝光激光器等，满足高效新型大功率电力电子、光电等领域应用需求。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法，包括步骤如下：
[0009](1)在金属基板上制备腐蚀剥离层，然后在腐蚀剥离层上制备过渡界面层；
[0010]其中，所述金属基板的热膨胀系数是GaN热膨胀系数的0.9～1.1倍；
[0011](2)通入氨气，在氨气保护下，升温至GaN厚膜生长温度，然后通过金属有机化学气相沉积法或氢化物气相外延法在过渡界面层上生长GaN厚膜，得到生长有GaN厚膜的外延片；
[0012](3)将外延片放入氢氟酸中，腐蚀10
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30分钟，剥离后得到GaN厚膜。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述金属基板为钼基板或硬质合金基板，表面经过镜面抛光。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述金属基板的厚度为100～1000μm。金属基板的厚度过薄起不到支撑作用，过厚会导致升温过慢，增加生长时间，其次过厚的金属基板也增加基板的成本。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述腐蚀剥离层为SiO2或SiN，厚度为10～500nm。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述过渡界面层为Al2O3，厚度为10～500nm。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述腐蚀剥离层和过渡界面层为采用气相外延法、脉冲激光沉积法或磁控溅射法制备；进一步优选的，采用磁控溅射法。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，所述氨气流量为0.2
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500L，生长温度为800
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1300℃。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，采用有机化学气相沉积的方法时，生长压力为 50
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1000mbar，V/III比为50
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20000。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，采用氢化物气相外延方法时，生长压力为50
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1000mbar， V/III比为10
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2000。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，所述氢氟酸的浓度为10～30％。氢氟酸与SiO2或SiN 反应，GaN厚膜即可实现完整剥离。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，剥离得到的GaN厚膜厚度为50～5000μm。
[0023]本专利技术未详尽之处均为常规现有技术。
[0024]有益效果：
[0025]1、本专利技术提供的在金属衬底生长GaN厚膜的方法，在金属基板上先制备了SiO2或SiN 腐蚀剥离层，接着在腐蚀剥离层上制备过渡界面层，然后在过渡界面层上制备GaN厚膜，实现了以金属材料为衬底制备GaN厚膜，并且SiO2或SiN易被氢氟酸腐蚀，剥离GaN厚膜的过程简单快速，还不会对GaN厚膜造成损伤。
[0026]2、本专利技术提供的在金属衬底生长GaN厚膜的方法，在和GaN热膨胀系数相同或相近的金属基板上生长GaN厚膜，由于GaN和金属基板不存在热失配问题，完全消除了衬底与GaN 之间因高温生长导致的热失配，生长的GaN厚膜无龟裂，提高了GaN厚膜的合格率，降低了生产成本。
[0027]3、本专利技术提供的在金属衬底生长GaN厚膜的方法，使用金属基板作为衬底，相较于其他氧化物衬底或者复合氧化物衬底，其导热性能更好，生长的GaN厚膜缺陷少，质量高，剥离后的金属基板还可以重复利用。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1中在金属基板生长GaN厚膜的结构示意图。
[0029]图2为本专利技术实施例2中在金属基板生长GaN厚膜的结构示意图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此，本专利技术未详尽说明的，均按本领域常规技术。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法，包括步骤如下：
[0033](1)采用磁控溅射法在200μm的金属基板上制备厚度为200nm的SiO2腐蚀剥离层，然后在SiO2腐蚀剥离层上制备厚度为200nm的Al2O3过渡界面层；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在金属衬底上生长GaN厚膜的方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)在金属基板上制备腐蚀剥离层，然后在腐蚀剥离层上制备过渡界面层；其中，所述金属基板的热膨胀系数是GaN热膨胀系数的0.9～1.1倍；(2)通入氨气，在氨气保护下，升温至GaN厚膜生长温度，然后通过金属有机化学气相沉积法或氢化物气相外延法在过渡界面层上生长GaN厚膜，得到生长有GaN厚膜的外延片；(3)将外延片放入氢氟酸中，腐蚀10
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30分钟，剥离后得到GaN厚膜。2.如权利要求1所述的生长GaN厚膜的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属基板为钼基板或硬质合金基板，表面经过镜面抛光。3.如权利要求1所述的生长GaN厚膜的方法，其特征在于，所述金属基板的厚度为100～1000μm。4.如权利要求1所述的生长GaN厚膜的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述腐蚀剥离层为SiO2或SiN，厚度为10～500nm。5.如权利要求1所述的生长GaN厚膜的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述过渡界面层为Al2O3，厚度为10～500nm。6.如权利要求1所述的生长G...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毓锋，王成新，刘振兴，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：