采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜及方法技術

一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜及方法，其中采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，包括：一襯底材料層；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底材料層上；一GaN薄膜層，其制作在緩沖層上；一納米尺寸同質外延層，其制作在GaN薄膜層上表面內；一GaN層，其制作在納米尺寸同質外延層上。本發明專利技術可以提高氮化鎵外延薄膜的質量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于半導體制造領域，特別涉及一種。
技術介紹
由于很難得到大尺寸的GaN體單晶材料，到目前為止，高質量GaN材料一般都通過異質襯底外延方法獲得。高質量的外延薄膜一般需襯底滿足晶格常數匹配、熱膨脹系數匹配、可大尺寸和價格適宜等原則。迄今為止，還沒有一種異質襯底能同時滿足上述所有條件。目前已經商品化的LED按照襯底劃分有三條技術路線，即藍寶石襯底技術路線、SiC襯底技術路線和Si襯底技術路線。隨著信息社會的發展，微機械加工技術被越來越廣泛地應用于微電子機械系統(MEMS)，尤其是應用于各種微傳感器的制作過程中。微結構的制作是微機械加工技術中的一項關鍵技術，將其利用在GaN外延技術當中，制備具有納米結構的基底并在其上進行二次同質外延，能夠得到無裂紋、低位錯的高質量GaN薄膜。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種，可以提高氮化鎵外延薄膜的質量。本專利技術提供一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，包括:一襯底材料層；—緩沖層，該緩沖層制作在襯底材料層上；— GaN薄膜層，其制作在緩沖層上；—納米尺寸同質外延層，其制作在GaN薄膜層上表面內；— GaN層，其制作在納米尺寸同質外延層上。本專利技術還提供一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜制備方法，包括以下步驟:步驟1:取一襯底材料層，清洗；步驟2:在襯底材料層上外延生長緩沖層；步驟3:在緩沖層上外延生長GaN薄膜層；步驟4:在GaN薄膜層上面，利用濕法腐蝕的方法腐蝕GaN薄膜層，在GaN薄膜層的上面得到納米尺寸同質外延層，形成基底；步驟5:對基底進行清洗；步驟6:在基底的上表面上外延生長GaN層，清洗，完成制備。本專利技術的有益效果是:1.由于GaN與異質外延襯底Si或藍寶石或SiC存在著熱失配，在外延過程中，從高溫到低溫的變化過程中兩種材質會出現膨脹尺寸不同的效果，導致外延GaN薄膜當中存在一定量的內應力，該應力會使整個基底出現不同程度的翹曲，并且應力的釋放會引起薄膜裂紋的出現。本專利技術利用濕法腐蝕的方法在一次外延層上腐蝕出納米孔結構，使得基底部分應力釋放而不會引起裂紋，并且在之上二次外延的薄膜應力會在界面處得到釋放，從而得到無裂紋，翹曲程度低的外延薄膜。2.由于GaN與異質外延襯底Si或藍寶石或SiC存在著晶格失配，外延時會在外延層當中出現大量沿外延方向分布的穿透位錯。穿透位錯密度越高，外延薄膜的質量越差。本專利技術利用濕法腐蝕的方法在一次外延層上腐蝕出納米孔結構，在二次外延時，GaN會沿著納米孔的側壁進行生長，在外延橫向生長薄膜發生合并時，穿透位錯會發生相應的橫向截斷，只會在一小部分孔壁之上出現位錯，大大降低了穿透位錯的密度，得到了高質量的外延薄膜。【附圖說明】為進一步說明本專利技術的
技術實現思路
，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:圖1是本專利技術的GaN薄膜襯底的結構示意圖。圖2是本專利技術的GaN薄膜襯底的制備方法流程圖。【具體實施方式】請參閱圖1所示，本專利技術提供一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，包括:一襯底材料層10，所述襯底材料層10的材料為Si或者藍寶石或SiC，該襯底材料層10的尺寸為2英寸、4英寸或8英寸，厚度為200-900μπι;一緩沖層11，厚度為100-300nm，材料為高溫或低溫條件下，利用MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積)或MBE(分子束外延)生長的AlN或AlGaN，該緩沖層11制作在襯底材料層10上，可消除或減少襯底與外延GaN薄膜間晶格失配引起的位錯。— GaN薄膜層12，該層厚度為1_3μπι，制作在緩沖層11上；—納米尺寸同質外延層13，其制作在GaN薄膜層12上表面內；一 GaN層14，該層厚度為1-2μπι，厚度為100-200nm，其表面為密集分布的特征尺寸為5-20nm的納米孔及納米線結構，孔深或納米線長度為100-200nm，其制作在納米尺寸同質外延層13上。腐蝕出納米孔的結構使得基底部分應力釋放而不會引起裂紋，并且在之上二次外延的薄膜應力會在界面處得到釋放，從而得到無裂紋，翹曲程度低的外延薄膜;并且在二次外延時，GaN會沿著納米孔的側壁進行生長，在外延橫向生長薄膜發生合并時，穿透位錯會發生相應的橫向截斷，只會在一小部分孔壁之上出現位錯，大大降低了穿透位錯的密度，得到了高質量的外延薄膜。請參閱圖2及圖1所示，本專利技術還提供一種采用GaN圖形襯底納米同質外延制備GaN薄膜的制備方法，包括以下步驟:步驟1:取一襯底材料層10，該層材料為Si或者藍寶石或SiC，該襯底材料層10的尺寸為2英寸、4英寸或8英寸，厚度為200-900μπι，清洗，清洗液包括丙酮、王水、甲醇、去離子水，將基底在上述溶液中依次常溫下浸泡10-20min，最后用氮氣吹干；步驟2:在襯底材料層10上利用MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積)外延生長緩沖層11，厚度為 100-300nm;步驟3:在緩沖層11上利用MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積)外延生長GaN薄膜層12，厚度為1_3μπι，生長溫度為900-1300°C;步驟4:在GaN薄膜層12上面，利用濕法腐蝕的方法腐蝕GaN薄膜層12，在GaN薄膜層12的上面得到納米尺寸同質外延層13，厚度為100-200nm，其表面為密集分布的特征尺寸為5-20nm的納米孔及納米線結構，孔深或納米線長度為100-200nm，腐蝕液為AgN03/HF，AgN〇3的濃度為0.001-0.0謂，冊的濃度為1-51，腐蝕時間為1-101^11，形成基底;腐蝕在紫外光照條件下進行；步驟5:對基底進行清洗；步驟6:在基底的上表面上外延生長GaN層14，厚度為1_2μπι;清洗，完成制備。以上所述的具體實施例，對本專利技術的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本專利技術的具體實施例而已，并不用于限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。【主權項】1.一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，包括: 一襯底材料層； 一緩沖層，該緩沖層制作在襯底材料層上； 一 GaN薄膜層，其制作在緩沖層上； 一納米尺寸同質外延層，其制作在GaN薄膜層上表面內； 一 GaN層，其制作在納米尺寸同質外延層上。2.根據權利要求1所述的采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，其中所述襯底材料層的材料為Si或者藍寶石或SiC，該襯底材料層的尺寸為2英寸、4英寸或8英寸，厚度為200-900μηιο3.根據權利要求1所述的采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，其中所述GaN薄膜層的厚度為1-3μηι;所述GaN層的厚度為1-2μηι。4.根據權利要求1所述的采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，其中緩沖層的厚度為 100-300nmo5.根據權利要求1所述的采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，其中納米尺寸同質外延層的厚度為100-200nm，其表面為密集分布的特征尺寸為5-20nm的納米孔及納米線結構，孔深或納米線長度為100-200nmo6.—種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜制備方法，包括以下步驟: 步驟I:取一襯底材料層，清洗； 步驟2:在襯底材本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用GaN納米圖形襯底同質外延制備GaN薄膜，包括：一襯底材料層；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底材料層上；一GaN薄膜層，其制作在緩沖層上；一納米尺寸同質外延層，其制作在GaN薄膜層上表面內；一GaN層，其制作在納米尺寸同質外延層上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁國棟，王克超，張璐，吳瑞偉，王軍喜，王國宏，李晉閩，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11