[发明专利]采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜及方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别涉及一种采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜及方法。

背景技术

由于很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，到目前为止，高质量GaN材料一般都通过异质衬底外延方法获得。高质量的外延薄膜一般需衬底满足晶格常数匹配、热膨胀系数匹配、可大尺寸和价格适宜等原则。迄今为止，还没有一种异质衬底能同时满足上述所有条件。目前已经商品化的LED按照衬底划分有三条技术路线，即蓝宝石衬底技术路线、SiC衬底技术路线和Si衬底技术路线。

随着信息社会的发展，微机械加工技术被越来越广泛地应用于微电子机械系统(MEMS)，尤其是应用于各种微传感器的制作过程中。微结构的制作是微机械加工技术中的一项关键技术，将其利用在GaN外延技术当中，制备具有纳米结构的基底并在其上进行二次同质外延，能够得到无裂纹、低位错的高质量GaN薄膜。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜及方法，可以提高氮化镓外延薄膜的质量。

本发明提供一种采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜，包括：

一衬底材料层；

一缓冲层，该缓冲层制作在衬底材料层上；

一GaN薄膜层，其制作在缓冲层上；

一纳米尺寸同质外延层，其制作在GaN薄膜层上表面内；

一GaN层，其制作在纳米尺寸同质外延层上。

本发明还提供一种采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底材料层，清洗；

步骤2：在衬底材料层上外延生长缓冲层；

步骤3：在缓冲层上外延生长GaN薄膜层；

步骤4：在GaN薄膜层上面，利用湿法腐蚀的方法腐蚀GaN薄膜层，在GaN薄膜层的上面得到纳米尺寸同质外延层，形成基底；

步骤5：对基底进行清洗；

步骤6：在基底的上表面上外延生长GaN层，清洗，完成制备。

本发明的有益效果是：

1.由于GaN与异质外延衬底Si或蓝宝石或SiC存在着热失配，在外延过程中，从高温到低温的变化过程中两种材质会出现膨胀尺寸不同的效果，导致外延GaN薄膜当中存在一定量的内应力，该应力会使整个基底出现不同程度的翘曲，并且应力的释放会引起薄膜裂纹的出现。本发明利用湿法腐蚀的方法在一次外延层上腐蚀出纳米孔结构，使得基底部分应力释放而不会引起裂纹，并且在之上二次外延的薄膜应力会在界面处得到释放，从而得到无裂纹，翘曲程度低的外延薄膜。

2.由于GaN与异质外延衬底Si或蓝宝石或SiC存在着晶格失配，外延时会在外延层当中出现大量沿外延方向分布的穿透位错。穿透位错密度越高，外延薄膜的质量越差。本发明利用湿法腐蚀的方法在一次外延层上腐蚀出纳米孔结构，在二次外延时，GaN会沿着纳米孔的侧壁进行生长，在外延横向生长薄膜发生合并时，穿透位错会发生相应的横向截断，只会在一小部分孔壁之上出现位错，大大降低了穿透位错的密度，得到了高质量的外延薄膜。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的GaN薄膜衬底的结构示意图。

图2是本发明的GaN薄膜衬底的制备方法流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种采用GaN纳米图形衬底同质外延制备GaN薄膜，包括：

一衬底材料层10，所述衬底材料层10的材料为Si或者蓝宝石或SiC，该衬底材料层10的尺寸为2英寸、4英寸或8英寸，厚度为200-900μm；

一缓冲层11，厚度为100-300nm，材料为高温或低温条件下，利用MOCVD(金属有机物化学气相沉积)或MBE(分子束外延)生长的AlN或AlGaN，该缓冲层11制作在衬底材料层10上，可消除或减少衬底与外延GaN薄膜间晶格失配引起的位错。

一GaN薄膜层12，该层厚度为1-3μm，制作在缓冲层11上；

一纳米尺寸同质外延层13，其制作在GaN薄膜层12上表面内；