專利名稱：氫化物氣相外延生長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Y. Oshima，et al,phys. stat. sol. (a)，194 Q002) 554-558]、側(cè)向外延過生長(ELOG)[參見 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C. L.Chao，Appl. Phys. Lett. 95(2009)051905]等。采用這些方法生長出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工藝。中國專利申請CN101432471公開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，所以通過氣體(HCl、 Cl2、BCl3或CCl4)或液體(磷酸、硝酸或硫酸)對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；并且使用該GaN晶種基板，采用氣相法生長時(shí)所需生長溫度較高 (1100-1250°C )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有降低GaN單晶位錯(cuò)密度的方法存在的問題，提供了一種方法簡單、成本低廉的氫化物氣相外延(HVPE)生長feiN單晶用WH3PO4腐蝕籽晶及其制備方法。術(shù)語說明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腐蝕過程中自然形成，腐蝕后的襯底不需要經(jīng)過特殊處理，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)過清洗、吹干后，放入HVPE生長系統(tǒng)中外延生長GaN單晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫化物氣相外延生長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)過清洗、吹干后，放入HVPE生長系統(tǒng)中外延生長GaN單晶。本發(fā)明無需采用復(fù)雜工藝制備具有特殊結(jié)構(gòu)的GaN基板，工藝簡單，成本低廉，且生長溫度低，適合于批量生產(chǎn)。
文檔編號C30B25/02GK102286777SQ201110249039
公開日2011年12月21日 申請日期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 申請人:山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司