[發(fā)明專利]氫化物氣相外延生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110249039.3
• 申請(qǐng)日: 2011-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102286777A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝霄鵬;張雷;吳擁中;邵永亮;張浩東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B25/02
• 分類號(hào): C30B25/02;C30B29/38;C30B33/10
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氫化物氣相外延(HVPE)生長(zhǎng)氮化鎵(GaN)單晶用的磷酸(H₃PO₄)腐蝕籽晶及其制備方法。旨在提高外延生長(zhǎng)的GaN單晶質(zhì)量，并降低GaN單晶的位錯(cuò)密度。

背景技術(shù)

以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶寬度，高擊穿電壓、高電子遷移率、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，非常適合制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件以及藍(lán)、綠光和紫外光電子器件。在半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、紫外探測(cè)器以及高能高頻電子器件等方面有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于缺乏GaN體單晶，因此目前商業(yè)化的GaN基器件基本都是采用異質(zhì)外延，使用的襯底材料主要是藍(lán)寶石(Al₂O₃)、GaAs和Si等，但是這些襯底與GaN單晶之間的晶格失配和熱失配較大，在外延的GaN單晶中存在較大的應(yīng)力并產(chǎn)生較高的位錯(cuò)密度，從而導(dǎo)致GaN基器件性能的惡化，因此降低GaN單晶的位錯(cuò)密度是提高GaN基器件性能的關(guān)鍵。

降低異質(zhì)外延GaN單晶的位錯(cuò)密度的方法有：空位輔助分離(Void-assisted?separation)[參見(jiàn)Y.Oshima，et?al，phys.stat.sol.(a)，194(2002)554-558]、側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)(ELOG)[參見(jiàn)H.H.Huang，et?al，J.Cryst.Growth?311(2009)3029-3032]以及制備納米結(jié)構(gòu)的襯底[參見(jiàn)C.L.Chao，Appl.Phys.Lett.95(2009)051905]等。采用這些方法生長(zhǎng)出GaN單晶的質(zhì)量都得到一定程度的提高，相應(yīng)的位錯(cuò)密度也得到減少，但是這些方法大都需要復(fù)雜的光刻工藝或者生長(zhǎng)工藝。

中國(guó)專利申請(qǐng)CN101432471公開(kāi)了一種制作氮化鎵結(jié)晶的方法及氮化鎵晶片，該方法首先需要制備具有特殊結(jié)構(gòu)的GaN基板：如不同區(qū)域具有不同位錯(cuò)密度的GaN基板、不同區(qū)域具有不同極性的GaN基板或者有規(guī)則屏蔽圖案(屏蔽材料為氧化硅或氮化硅)的GaN基板)，由于制備的GaN基板不同區(qū)域性質(zhì)不同，耐腐蝕性也不同，所以通過(guò)氣體(HCl、Cl₂、BCl₃或CCl₄)或液體(磷酸、硝酸或硫酸)對(duì)GaN基板表面進(jìn)行選擇性蝕刻，得到具有規(guī)則凹部結(jié)構(gòu)的氮化鎵晶種基板，然后在晶種基板上利用氣相生長(zhǎng)法使氮化鎵結(jié)晶于上述晶種基板上。該方法雖然也能降低氮化鎵單晶的位錯(cuò)密度，但是預(yù)先需要制備具有特殊結(jié)構(gòu)的GaN基板，然后再進(jìn)行選擇性蝕刻，制備基板需要復(fù)雜的光刻工藝和制備技術(shù)，成本較高，不適于批量生長(zhǎng)；并且使用該GaN晶種基板，采用氣相法生長(zhǎng)時(shí)所需生長(zhǎng)溫度較高(1100-1250℃)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有降低GaN單晶位錯(cuò)密度的方法存在的問(wèn)題，提供了一種方法簡(jiǎn)單、成本低廉的氫化物氣相外延(HVPE)生長(zhǎng)GaN單晶用的H₃PO₄腐蝕籽晶及其制備方法。

術(shù)語(yǔ)說(shuō)明：

HVPE：氫化物氣相外延方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H₃PO₄腐蝕籽晶，包括襯底、GaN外延薄膜層，在所述襯底上生長(zhǎng)有GaN外延薄膜層，其特征在于，所述的GaN外延薄膜層上有H₃PO₄腐蝕坑，其中部分H₃PO₄腐蝕坑露出襯底。

所述襯底為藍(lán)寶石襯底或SiC襯底；所述GaN外延薄膜層厚度為4-10μm，優(yōu)選厚度為5-6μm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在GaN外延薄膜層上的H₃PO₄腐蝕坑的密度為5-8×10⁵cm^-2，其中露出襯底的H₃PO₄腐蝕坑的密度為1-4×10⁵cm^-2。

在GaN外延薄膜層上深度不等的腐蝕坑是H₃PO₄腐蝕過(guò)程中自然形成，腐蝕后的襯底不需要經(jīng)過(guò)特殊處理，其自然形成的分布、深淺即能達(dá)到本發(fā)明的優(yōu)良效果。

本發(fā)明的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用H₃PO₄腐蝕籽晶的制備方法，包括以下步驟：