專利名稱：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
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 Q002) 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°C )。

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)feiN單晶用WH3PO4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_10 μ m,優(yōu)選厚度為5-6 μ m0 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 X 105cm_2，其中露出襯底的H3PO4腐蝕坑的密度為1-4X 105cnT2。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(1)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法在襯底上外延生長(zhǎng)GaN外延薄膜層，得GaN外延片；(2)將步驟(1)的GaN外延片浸入溫度為160_260°C的H3PO4溶液中腐蝕5-30min， 取出GaN外延片立即放入水中以終止腐蝕，得到GaN外延薄膜層面具有H3PO4腐蝕坑結(jié)構(gòu)的桿晶。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟(1)中襯底選自藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟(1)中GaN外延薄膜層厚度為4_10 μ m， 優(yōu)選厚度為5-6 μ m。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟O)中H3PO4腐蝕坑的深度不等，深度最深的H3PO4腐蝕坑是H3PO4溶液將GaN外延薄膜層腐蝕透，露出襯底。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟O)中H3PO4溶液的濃度為80-90wt%。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟(2)中GaN外延片浸入溫度為 200-250°C、濃度為 84-86wt%& H3PO4 溶液中腐蝕 10_12min。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟( 中GaN外延薄膜層上WH3PO4腐蝕坑的密度為5-8X 105cm_2，其中露出襯底的H3PO4腐蝕坑的密度為1_4X 105cm_2。根據(jù)本發(fā)明的制備方法優(yōu)選的，所述步驟O)中6μπι GaN外延片浸入溫度為 240°C、濃度為85wt%的H3P04溶液中腐蝕，腐蝕坑深淺、直徑、密度分布如下表所示
權(quán)利要求
1.一種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外延薄膜層上有深度不等的H3PO4腐蝕坑，深度最深的H3PO4腐蝕坑露出襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底或SiC襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶，其特征在于，所述 GaN外延薄膜層厚度為4-10 μ m,優(yōu)選厚度為5_6 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的制備方法，包括以下步驟(1)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法在襯底上外延生長(zhǎng)GaN外延薄膜層，得GaN外延片；(2)將步驟(1)的GaN外延片浸入溫度為160-260°C的H3PO4溶液中腐蝕5-30min，取出GaN外延片立即放入水中以終止腐蝕，得到GaN外延薄膜層面具有H3PO4腐蝕坑結(jié)構(gòu)的籽曰曰曰ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中襯底選自藍(lán)寶石襯底或者SiC襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中GaN外延薄膜層厚度為4-10 μ m，優(yōu)選厚度為5-6 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的制備方法，其特征在于，所述步驟O)中H3PO4溶液的濃度為80-90wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中GaN外延片浸入溫度為200-250°C、濃度為84-86wt%的H3PO4溶液中腐蝕 10-12min。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶，其特征在于，在GaN 外延薄膜層上的H3PO4腐蝕坑的密度為5-8X IO5CnT2，其中露出襯底的H3PO4腐蝕坑的密度為 1-4 Xl OW2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的HVPE生長(zhǎng)GaN單晶用的H3PO4腐蝕籽晶的應(yīng)用， 其特征在于，將上述腐蝕后具有H3PO4腐蝕坑結(jié)構(gòu)的籽晶經(jīng)過(guò)清洗、吹干后，放入HVPE生長(zhǎng)系統(tǒng)中外延生長(zhǎng)GaN單晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫化物氣相外延生長(zhǎng)氮化鎵單晶用的磷酸腐蝕籽晶及其制備方法，包括以下步驟在襯底上生長(zhǎng)GaN外延薄膜片，得GaN外延片；將GaN外延片浸入H3PO4溶液中腐蝕；將GaN外延片腐蝕后迅速取出放入水中終止腐蝕，得到GaN外延薄膜層面具有H3PO4腐蝕坑結(jié)構(gòu)的籽晶；將上述腐蝕后具有H3PO4腐蝕坑結(jié)構(gòu)的籽晶經(jīng)過(guò)清洗、吹干后，放入HVPE生長(zhǎng)系統(tǒng)中外延生長(zhǎng)GaN單晶。本發(fā)明無(wú)需采用復(fù)雜工藝制備具有特殊結(jié)構(gòu)的GaN基板，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且生長(zhǎng)溫度低，適合于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C30B25/02GK102286777SQ201110249039
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者吳擁中, 張浩東, 張雷, 邵永亮, 郝霄鵬 申請(qǐng)人:山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司