[發(fā)明專利]一種氮化鎵晶體的生長方法

有效

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• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110629284B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 狄聚青;朱劉;劉運(yùn)連;薛帥;崔博;方義林
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司
• 主分類號: C30B25/16
• 分類號: C30B25/16;C30B25/18;C30B29/40
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發(fā)明涉及一種氮化鎵晶體的生長方法，包括以下步驟：(1)在玻璃基板上沉積金屬薄膜，然后高溫退火，得到已沉積金屬薄膜的玻璃基板；(2)將步驟(1)所得的已沉積金屬薄膜的玻璃基板置于晶體生長爐內(nèi)，在晶體生長爐內(nèi)通入酸性氣體腐蝕，然后通入吹掃氣體吹掃；(3)吹掃結(jié)束后通入氨氣和氯化鎵氣體，并在金屬薄膜上沉積氮化鎵晶體，晶體生長完成后，將已沉積氮化鎵晶體和金屬薄膜的玻璃基板置于腐蝕液中，將金屬薄膜腐蝕，得到氮化鎵晶體。本發(fā)明的生長方法制備得到的氮化鎵晶體結(jié)晶性能良好，無多晶等缺陷；且該生長方法成本低，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化鎵晶體的生長方法，屬于晶體生長領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮化鎵晶體是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.4eV，是優(yōu)良的短波長光電子材料，同時是第三代半導(dǎo)體的研究前沿?zé)狳c(diǎn)。基于氮化鎵的器件在發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、紫外光光電探測器、高頻、高功率和高溫電子器件等光電子和微電子領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

目前，氮化鎵器件主要基于異質(zhì)外延獲得，常用的外延襯底有藍(lán)寶石、碳化硅等材料。異質(zhì)外延需要克服晶格失配帶來的缺陷，嚴(yán)重影響氮化鎵器件的性能。因此，利用氮化鎵晶體同質(zhì)外延，是目前亟需解決的核心問題。

氮化鎵單晶的生長面臨很大挑戰(zhàn)。理論上，氮化鎵單晶的熔體生長需要6GPa的高壓力和2200℃的高生長溫度，目前還未實(shí)現(xiàn)。目前，最成熟也是唯一可以產(chǎn)業(yè)化的氮化鎵晶體生長方法為HVPE法，即氫化物氣相外延法，又稱鹵化物氣相外延法。傳統(tǒng)的HVPE法利用氯化鎵和氨氣在藍(lán)寶石襯底上沉積氮化鎵晶體，之后采用激光剝離技術(shù)，使界面層的GaN層分解為金屬Ga和氣態(tài)氮?dú)狻＜す鈩冸x的關(guān)鍵在于控制因熱應(yīng)力松弛而引起的樣品斷裂和激光誘導(dǎo)的沖擊波對氮化鎵氮面的損傷斷裂，樣品斷裂和損傷斷裂嚴(yán)重影響氮化鎵晶體的質(zhì)量。

因此，有必要開發(fā)一種新型的氮化鎵晶體生長方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種氮化鎵晶體的生長方法，用以提高氮化鎵晶體的質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種氮化鎵晶體的生長方法，包括以下步驟：

(1)在玻璃基板上沉積金屬薄膜，然后高溫退火，得到已沉積金屬薄膜的玻璃基板；

(2)將步驟(1)所得的已沉積金屬薄膜的玻璃基板置于晶體生長爐內(nèi)，在晶體生長爐內(nèi)通入酸性氣體腐蝕，然后通入吹掃氣體吹掃；

(3)吹掃結(jié)束后通入氨氣和氯化鎵氣體，并在金屬薄膜上沉積氮化鎵晶體，晶體生長完成后，將已沉積氮化鎵晶體和金屬薄膜的玻璃基板置于腐蝕液中，將金屬薄膜腐蝕，得到氮化鎵晶體。

作為本發(fā)明所述氮化鎵晶體的生長方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(1)中，玻璃基板為石英玻璃基板。石英玻璃軟化點(diǎn)溫度高，抗熱沖擊能力強(qiáng)，耐腐蝕性能良好，純度高，價格低，加工性能好，適合作為外延基板。

作為本發(fā)明所述氮化鎵晶體的生長方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(1)中，金屬薄膜的材質(zhì)為鈹、鈦、鈷、鋯、锝、釕、鉿、錸、鋨、鈧、釔、鑭、鐠、釹、钷、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩中的至少一種，或上述金屬組成的合金。這些金屬具有熔點(diǎn)高、六方晶系等優(yōu)點(diǎn)，有利于六方晶系氮化鎵晶體外延。

作為本發(fā)明所述氮化鎵晶體的生長方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述金屬薄膜的材質(zhì)為鈦、鈷、鋯、鉿、鈧、釔、鑭、鐠、釹、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩中的至少一種，或上述金屬組成的合金。這些金屬價格低廉，無毒、無放射性，便于降低成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

作為本發(fā)明所述氮化鎵晶體的生長方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(1)中，采用濺射法或蒸發(fā)法在玻璃基板上沉積金屬薄膜。