[發明專利]一種氮化鎵薄膜層的制備方法及襯底

在審

• 申請號: 201210424784.1
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103794469A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 涂冶
• 申請（專利權）人: 北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵薄膜層的制備方法及襯底。

背景技術

金屬有機化合物化學氣相淀積（Metal-organic?Chemical?Vapor?Deposition，簡稱MOCVD）是在氣相外延生長基礎上發展起來的一種新型氣相外延生長技術，其主要以III族、II族元素的有機化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種III-V族、II-VI族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料，如在半導體領域常使用的GaN（氮化鎵）薄膜。

在利用MOCVD制備氮化鎵薄膜層時，最理想的襯底是與氮化鎵薄膜層同質的氮化鎵襯底，然而氮化鎵熔點高達2800℃，平衡蒸汽壓達到4.5GPa，制備氮化鎵體單晶極為困難，因此，目前襯底主要選自藍寶石（α-Al₂O₃）、碳化硅（4H/6H-SiC）或硅（Si）。

然而，藍寶石襯底與氮化鎵材料存在較大的晶格失配和熱失配。盡管通過圖形化表面襯底技術和二次生長方法，在一定程度上可以減小薄膜內部的位錯密度，但仍然很難控制薄膜的質量；同時，由于藍寶石襯底不導電，封裝LED發光器件時，需要利用光刻、刻蝕、蒸鍍等復雜工藝在外延層上制備電極，這大大減小了有效發光面積，減低了外延材料的利用率；藍寶石襯底的低熱導率使器件的散熱困難。

碳化硅襯底雖然與氮化鎵材料的晶格失配率低，并具有良好的熱傳導和電傳導，但是，在生長氮化鎵薄膜層之前，需要在約1000℃的高溫下生長AlGaN作為導電核層；而且SiC襯底價格昂貴。

硅襯底與氮化鎵材料之間的晶格失配和熱失配更大，生長氮化鎵薄膜層的難度遠超藍寶石襯底和碳化硅襯底。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題之一，本發明提供一種氮化鎵薄膜層的制備方法，其制備難度低，而且可以減少生長過程中的位錯密度，從而提高氮化鎵薄膜層的性能。

此外，本發明還提供一種襯底，其與氮化鎵薄膜層之間的晶格失配小，表面利用率高，生產成本低。

解決上述技術問題的所采用的技術方案是提供一種氮化鎵薄膜層，包括以下步驟：

獲取間接襯底，并對所述間接襯底進行清洗；

在所述間接襯底的表面形成石墨烯薄膜層；

在所述石墨烯薄膜層的表面形成氮化鎵薄膜層。

其中，在對所述間接襯底進行清洗的步驟包括：

將甲苯、四氯化碳、丙酮、乙醇、去離子水混合獲得混合清洗液；

利用所述混合清洗液對所述間接襯底進行超聲清洗；

在濃硫酸和H₂O₂的混合液中浸泡所述間接襯底；

利用HF溶液去除所述間接襯底表面的原生氧化層；

利用去離子水沖洗所述間接襯底；

去除所述間接襯底表面的水分。

其中，所述間接襯底超聲清洗5～10min，所述間接襯底在濃硫酸和H₂O₂的混合液中浸泡3～6min，利用去離子水沖洗所述間接襯底3～8次。

其中，利用質量濃度為2.5～4.5%的HF溶液刻蝕掉所述間接襯底表面的原生氧化層。

其中，利用高純氮氣吹干所述間接襯底，以去除所述間接襯底表面的水分。

其中，在所述間接襯底的表面制作石墨烯薄膜層的步驟包括：

在所述間接襯底的表面形成SiC薄膜層；

使所述SiC薄膜層熱分解，從而在所述間接襯底的表面形成石墨烯薄膜層。

其中，通過高溫升華、液相外延、磁控濺射、脈沖激光沉積、化學氣相沉積或分子束外延工藝在所述間接襯底的表面形成SiC薄膜層。

其中，在所述間接襯底的表面形成SiC薄膜層的步驟包括：

在所述間接襯底表面均勻鋪展聚碳硅烷；

在1050～1300℃的溫度下使所述聚碳硅烷裂解形成SiC薄膜層。

其中，在所述間接襯底的表面形成石墨烯薄膜層之前還需要：

在500～900℃的溫度下原位烘烤所述間接襯底1～3小時。

其中，將表面形成有所述SiC薄膜層的所述間接襯底放置在溫度為1100℃以上的環境中，使所述SiC薄膜層熱分解，從而在所述石墨烯薄膜層的表面形成石墨烯薄膜層。