[發(fā)明專利]一種GaN襯底的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110117435.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN102226985A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于彤軍;龍浩;張國義;吳潔君;賈傳宇;楊志堅(jiān);王新強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/20
• 代理公司: 北京萬象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種GaN襯底的制備技術(shù)，屬于光電子器件的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前廣泛使用的藍(lán)寶石或者碳化硅襯底與GaN材料之間的晶格失配和熱失配較大，造成GaN材料及其器件的質(zhì)量下降。利用HVPE、MOCVD或MBE結(jié)合的外延方法制備自支撐GaN或復(fù)合厚膜GaN襯底技術(shù)一直對(duì)于GaN大功率LED、激光器等高性能的光電器件等方面都有非常重要的意義。

由于藍(lán)寶石或碳化硅等襯底與GaN材料有很大的晶格失配和熱失配，GaN襯底的制備一直都受到殘余應(yīng)力大、外延片彎曲甚至開裂的影響而不能得到廣泛應(yīng)用。目前GaN自支撐襯底中的應(yīng)力控制的辦法主要包括：

(1)低溫插入層技術(shù)，主要是在生長過程中插入一層低溫的應(yīng)力調(diào)制層，達(dá)到緩解應(yīng)力的效果。

(2)圖型化襯底的方法：利用襯底的圖形，釋放在生長過程帶來的應(yīng)力。

(3)側(cè)向外延技術(shù)：通過側(cè)向外延，形成狹長的空隙，達(dá)到應(yīng)力的釋放。

以上所述三種方法，對(duì)低溫插入層、側(cè)向外延技術(shù)等工藝的要求較高，過程相對(duì)復(fù)雜，容易受到工藝過程的影響而使GaN襯底材料的晶體質(zhì)量受到影響，量產(chǎn)的產(chǎn)率不高，導(dǎo)致現(xiàn)有的GaN襯底還未能商業(yè)化，價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備GaN自支撐或GaN厚膜襯底的新方法。

本發(fā)明提供的制備GaN襯底的方法區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的核心是，在襯底(如Si，藍(lán)寶石，SiC等)外延生長表面上形成一過渡層，該過渡層由含有碳納米管的InN、高In組分InGaN材料或GaAs材料組成，隨后再生長厚膜GaN，從而獲得低成本、高質(zhì)量的厚膜GaN襯底或經(jīng)過去除襯底工藝或自分離工藝得到自支撐GaN襯底。

該方法具體包括如下步驟：

1)在襯底上形成過渡層；

所述襯底為：可以實(shí)現(xiàn)GaN生長的材料，如藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、GaN襯底、Si襯底、LiAlO₂襯底等；或者在藍(lán)寶石、碳化硅、GaN、Si、LiAlO₂等襯底上生長了厚度為10納米-100微米的GaN、AlN、InN或者三種材料的合金薄膜材料。

所述過渡層為碳納米管與InN、高In組分InGaN材料或GaAs材料組成。InN、高In組分InGaN材料或GaAs材料的厚度為10-500納米。

具體步驟是：在襯底上設(shè)置碳納米管陣列，即依據(jù)鋪設(shè)碳納米管的襯底性質(zhì)，通過沉積一層催化劑層，通入碳源反應(yīng)氣體，利用加熱或者激光照射等辦法生長，或者其他方法形成碳納米管。

碳納米管排列的結(jié)構(gòu)和尺寸，可以根據(jù)之后的GaN外延生長以及外延層與襯底分離的需要來確定，首先對(duì)不同的襯底材料，根據(jù)晶向以及晶體生長模式，確定不同的納米碳管的排列方式，碳納米管可以為單壁、多壁，也可以鋪設(shè)單層或多層碳納米管，碳納米管的直徑為1-100納米，碳納米管可以有序排列，也可以無規(guī)則排列，規(guī)則排列中，可形成矩形、六角形、正方形、平行四邊形等任意平面幾何形狀的分布，也可以是金字塔形、六角柱，四面體等立體三維分布，重復(fù)周期10納米-100微米，整體尺度可以根據(jù)需要，在從1微米到6英寸或者更大的尺寸。

在碳納米管陣列上再采用MBE、MOCVD技術(shù)，生長InN或高In組分的InGaN外延層，形成InN或InGaN和碳納米管的結(jié)合。該層在生長厚膜GaN時(shí)，具有調(diào)節(jié)與釋放應(yīng)力的作用；同時(shí)在厚膜GaN與襯底分離時(shí)作為犧牲層。上述InGaN材料也可以是利用MOCVD、LPE、MBE等技術(shù)生長的GaAs或者InGaAs材料。其中所述MOCVD生長InN或者InGaN包括緩沖層和高溫層總厚度在10納米-600納米，具體厚度根據(jù)需要設(shè)計(jì)，其中，MBE生長溫度為380-450度。MOCVD生長緩沖層溫度500-600度，高溫層溫度為900-1100度。

2)運(yùn)用各種外延生長組合技術(shù)在上述過渡層上生長厚膜GaN材料。