[发明专利]一种基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法

权利要求书

1.一种基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：

1)提供一硅衬底，刻蚀所述硅衬底形成硅柱阵列；

2)于所述硅衬底以及硅柱阵列表面形成能够实现选择性外延生长的阻挡层；

3)去除所述硅柱阵列顶部的阻挡层，暴露出的所述硅柱阵列顶部作为后续生长的籽晶；

4)于所述籽晶表面选择性外延生长缓冲层；

5)在所述缓冲层表面选择性外延生长形成连续的GaN薄膜层；

6)剥离转移所述GaN薄膜层，余留的硅衬底及硅柱阵列供所述步骤4)循环使用。

2.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移薄膜制备方法，其特征在于，通过控制所述硅柱阵列中硅柱的直径以及所述硅柱阵列在所述硅衬底的表面占比率，实现控制所述GaN薄膜层外延生长时的异质衬底的使用比例，达到准同质衬底外延生长效果。

3.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，形成硅柱阵列的过程为：

1-1)，于所述硅衬底表面形成掩膜；

1-2)，采用光刻工艺图案化所述掩膜；

1-3)，采用感应耦合等离子体干法刻蚀工艺，于所述硅衬底上形成周期性的硅柱阵列；

1-4)，去除所述掩膜。

4.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，采用热氧化工艺于所述硅衬底以及硅柱阵列表面形成SiO₂作为选择性外延生长的阻挡层。

5.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，采用铝的卤化物作为铝源，并在反应气氛中添加HCl气体，外延生长AlN或者AlGaN作为缓冲层。

6.根据权利要求1或5所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述缓冲层的厚度范围为10～30nm。

7.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤5)生长形成连续的GaN薄膜层过程包括：

在生长初期，在所述缓冲层上形成GaN类金字塔状晶粒，其中，每一个所述籽晶对应形成一个所述类金字塔状晶粒；

随着生长的进行，所述类金字塔状晶粒沿金字塔斜面侧向生长长大，之后相邻的所述类金字塔状晶粒合并，最终形成连续的GaN薄膜层。

8.根据权利要求1或7所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述GaN薄膜层的前表面根据生长速率形成绒面表面结构或平坦表面，所述GaN薄膜层的后表面形成绒面表面结构。

9.根据权利要求1所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述GaN薄膜层与所述硅衬底仅通过硅柱连接，而且硅材料相对于GaN材料脆性大，所述步骤6)中采用真空吸附机械剥离转移所述GaN薄膜。

10.根据权利要求9所述的基于硅异质衬底的GaN层转移单晶薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，当所述硅衬底及硅柱阵列重复使用一定次数后，在所述GaN薄膜层机械剥离转移之前采用原子层化学气相沉积生长方法增厚所述阻挡层，恢复所述硅衬底及硅柱阵列的可重复利用性。