[发明专利]衬底、基于所述衬底的自支撑GaN单晶及其制备方法

权利要求书

1.一种衬底，包括基底，所述基底上表面具有一个分布均匀且方向与厚度均保持一致的GaN纳米柱层，其特征在于，所述GaN纳米柱层高度为0.2～5um；任意两GaN纳米柱之前间隔相等，所述间隔为0.2～5um；所述GaN纳米柱层任一GaN纳米柱的端面均为圆形端面或者正六边形端面，其直径或对角线长度为50～1000nm。

2.如权利要求1所述的衬底，其特征在于，所述基底包括但不限于硅基底、蓝宝石基底、碳化硅基底或砷化镓基底中任一种。

3.如权利要求1所述的衬底，其特征在于，所述GaN纳米柱层生长基于HVPE方法，温度控制为400～800℃，V/III 100～500，压力0.1～1atm，同时在载气中通入HCl，HCl在气相中的分率为0.01～0.2，生长时间10～30min，并在GaN纳米柱层生长沉积完成后升温至1000℃在NH3环境中进行退火处理3～10min。

4.如权利要求1所述的衬底，其特征在于，所述GaN纳米柱层中GaN纳米柱呈正六边形排布。

5.如权利要求1所述的衬底，其特征在于，所述基底与所述GaN纳米柱层间还设有一层过渡金属层作为催化剂促进纳米柱层生长，所述金属层厚度5～20nm。

6.如权利要求4所述的衬底，其特征在于，所述过渡金属层材质为Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中任一种。

7.基于所述衬底的自支撑GaN单晶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供权利要求1～权利要求6任一所述的衬底；

(2)于所述GaN纳米柱层顶端生长二维具有高侧向延展性的GaN层；

(3)在所述GaN层上持续生长GaN单晶厚膜；

(4)降温、剥离，将GaN单晶厚膜自所述衬底上剥离，形成自支撑晶体。

8.如权利要求7所述的基于所述衬底的自支撑GaN单晶制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述GaN层厚度为5～10um，生长温度设置为900～1100℃，压力设置为100～760Torr，V/III小于20，处理时间设置为30～60min。

9.如权利要求7所述的基于所述衬底的自支撑GaN单晶制备方法，其特征在于，步骤(3)基于HVPE方法，进一步还包括维持GaN单晶厚膜继续生长与形貌的方法：

①不断增加温度，增加幅度为GaN单晶厚膜每增长1mm温度增加1～10℃；

②不断增加NH3；增加幅度为GaN单晶厚膜每增长1mm NH3(或相应的V/III)增加5％～50％。

10.基于所述衬底的自支撑GaN单晶，其特征在于，所述基于所述衬底的自支撑GaN单晶采用如权利要求7～权利要求9任一所述的制备方法制备得到。