[发明专利]一种水热腐蚀多孔衬底生长自支撑氮化镓单晶的方法

说明书

一种水热腐蚀多孔衬底生长自支撑氮化镓单晶的方法，包括以下步骤：(1)配制水热腐蚀溶液，装入水热釜，将GaN晶体Ga面朝上放入水热釜，封釜；(2)将水热釜加热反应，反应完毕后静置降温；(3)待水热釜降至室温，开釜取出GaN晶体，将GaN晶体进行清洗，并吹干，得到经水热反应腐蚀的GaN晶体(4)对上述GaN晶体进行位错密度和分布表征。本发明通过水热腐蚀的方法，在样品表面形成清晰的腐蚀形貌，借助空位辅助分离原理，制备的多孔衬底在后期生长GaN体单晶过程中，有助于缓解晶体中的应力和实现晶体的自剥离。与现有技术相比，该方法具有过程简单、操作方便、成本低、实用性强的特点，具有反应条件缓和、操作简便、孔径均一等优势。

技术领域

本发明涉及一种水热腐蚀多孔衬底生长自支撑氮化镓(GaN)单晶的方法。该法简洁，方便，直接，易操作，可制备生长自支撑GaN晶体所使用的多孔衬底，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN是非常重要的第三代半导体，其具有大的禁带宽度，高的电子迁移率，高的电子饱和速度，耐酸碱，耐高温等特点。这些优良性质使其在LED照明，半导体激光器，太阳能电池，晶体管，微波器件，相控阵雷达，全彩显示，以及数据存储等方面有着广泛的应用。但由于缺乏同质外延衬底，大部分GaN晶体都是异质外延生长，这就给生长的GaN晶体带来了很高的位错密度。同时由于缺乏GaN单晶生长的同质衬底，异质外延带来的高位错密度和异质外延导致的高应力限制了GaN单晶的晶体质量的提升，研究者发现多孔衬底能够有效减少异质外延带来位错，缓解异质外延生长的应力。因此制备GaN多孔衬底，对提高GaN晶体的质量是很有必要的。

目前制备GaN多孔衬底的方法主要有以下几种成功的案例：一是住友机械借助图形衬底制备的GaN多孔衬底[Motoki K,Okahisa T,Nakahata S,et al.Growth andcharacterization of freestanding GaN substrates[J].Journal of crystal growth,2002,237:912-921.]；二是Hitachi公司使用空位辅助分离技术(void-assistedseparation，VAS)[Oshima Y,Eri T,Shibata M,et al.Fabrication of FreestandingGaN Wafers by Hydride Vapor‐Phase Epitaxy with Void‐Assisted Separation[J].physica status solidi(a),2002,194(2):554-558.]，经退火在GaN衬底表面生成TiN纳米网格的多孔结构[Yoshida T,Oshima Y,Eri T,et al.Fabrication of 3-in GaNsubstrates by hydride vapor phase epitaxy using void-assisted separationmethod[J].Journal of Crystal Growth,2008,310(1):5-7.]，进而达到制备多孔衬底的目的；三是古河电工低温层随机岛制备的GaN多孔衬底[Geng H,Sunakawa H,Sumi N,etal.Growth and strain characterization of high quality GaN crystal by HVPE[J].Journal of Crystal Growth,2012,350(1):44-49.]。这些方法对于生成高质量GaN单晶起到了一定作用，但工艺较为复杂，需要的辅助的仪器设备较多，不利于推广使用，本发明的水热腐蚀制备GaN多孔衬底技术则很好的解决了这方面的问题。

发明内容

本发明针对制备GaN晶体生长所使用的多孔衬底制备技术方面存在的不足，提供一种水热腐蚀多孔衬底生长自支撑氮化镓单晶的方法。这是一种新的思路和方法，借助水热反应提供的压力能在较为缓和的条件下对GaN晶体进行腐蚀，进而制备GaN晶体生长所用的多孔衬底。GaN晶体生长所用的多孔衬底的制备对晶体质量的提升有很高的必要性，并且该方法具有简洁，方便，直接，易操作的优点。