[發明專利]一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法

在審

• 申請號: 202110260067.9
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113046712A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 山本曉;張海濤;劉良宏;許彬;龐博
• 申請（專利權）人: 無錫吳越半導體有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C30B23/02;C30B29/40
• 代理公司: 北京華際知識產權代理有限公司 11676
• 代理人: 劉秀穎

本發明公開了一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法，包括四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)，其特征在于，包括以下步驟：S1、選取四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)作為基板襯底；S2、采用磁控濺射法在所述四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)基板襯底上形成氮化鋁(AlN)薄膜層；S3、在S2步驟中形成的氮化鋁(AlN)薄膜層上通過HVPE氣相生長法在高溫環境下外延生長氮化鎵(GaN)單晶層；S4、將氮化鎵(GaN)單晶層上的四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)基板襯底和氮化鋁(AlN)薄膜層去除，獲得氮化鎵(GaN)單結晶基板。本發明利用磁控濺射法和HVPE氣相生長法進行二級生長，有效避免氮化鎵(GaN)晶體生長時損傷四氧化鎂鋁鈧襯底，實現無位錯、無結晶缺陷的高品質氮化鎵(GaN)結晶基板的制造。

技術領域

本發明涉及氮化鎵材料制備相關技術領域，具體為一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法。

背景技術

GaN是第三代寬禁帶半導體的典型代表，已被廣泛應用于半導體照明、微波功率器件和電力電子器件等方面，展現出巨大的應用前景。用于氮化鎵生長的最理想襯底自然是氮化鎵單晶材料，這樣的同質外延(即外延層和襯底是同一種材料)可以大大提高外延膜的晶體質量，降低位錯密度，提高器件工作壽命，提高發光效率，提高器件工作電流密度。

但是氮化鎵單晶生長困難，價格昂貴，大規模化同質外延生長目前仍然沒有可能。因此，目前氮化鎵單晶制備仍然采用異質外延，如藍寶石(αAl₂O₃)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、鋁鎂酸鈧(ScAlMgO₄)等材質制造的基板,通過氫化物氣相外延(HVPE)法制得由GaN層層疊而成的復合基板,或者將層疊而成的GaN層從異種材料的基板上剝離或者切片后,作為GaN獨立基板使用。如果將氮化鎵的晶格常數設為1，則砷化鎵為氮化鎵的1.09倍，碳化硅為2.91倍，藍寶石為2.51倍，并且如果將氮化鎵的熱膨脹系數設為1，則砷化鎵為氮化鎵的1.08倍，碳化硅為0.87倍，藍寶石為1.36倍，因此，當在以這些材料制成的基板上生長GaN結晶時,因為生長的結晶和基板間的晶格常數和熱膨脹系數的差異,導致成長的GaN內部產生應力,使得結晶缺陷甚至斷裂，而受到GaN內部殘留應力的影響,晶片整體會產生變形翹起。另外，鋁鎂酸鈧同氮化鎵相比，晶格常數為1.01倍，熱膨脹系數為1.1倍，幾乎相等，不過如果將其用作GaN晶體生長的襯底，在一般的HVPE方法中，氮化鎵(GaN)晶體生長時會損傷四氧化鎂鋁鈧襯底，與上述方法一樣都無法避免結晶缺陷的發生，相比之下情況并沒有得到顯著的改善，因此發明人設計了一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法，解決上述技術問題。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法，解決了氮化鎵(GaN)晶體生長時會損傷四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)襯底的問題。

(二)技術方案

本發明提出一種基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵單結晶基板制造方法，包括四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)，包括以下步驟：

S1、選取四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)作為基板襯底；

S2、采用磁控濺射法在所述四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)基板襯底上形成氮化鋁(AlN)薄膜層；

S3、在S2步驟中形成的氮化鋁(AlN)薄膜層上通過HVPE氣相生長法在高溫環境下外延生長氮化鎵(GaN)單晶層；

S4、將氮化鎵(GaN)單晶層上的四氧化鎂鋁鈧(ScAlMgO₄)基板襯底和氮化鋁(AlN)薄膜層去除，獲得氮化鎵(GaN)單結晶基板；