[发明专利]一种氮化镓单结晶基板的制造方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓单结晶基板的制造方法，旨在解决现有技术制造氮化镓单晶基板存在结晶缺陷的问题，包括以下步骤：S1、选取铝镁酸钪(ScAlMgO₄)作为衬底；S2、通过MOCVD有机金属气相生长法在所述衬底上生长GaN系缓冲层；S3、通过HVPE气相生长法在所述GaN系缓冲层上外延生长GaN单晶层；S4、将所述GaN单晶层切片，形成GaN单结晶基板；S5、研磨抛光；S6、洗净。在本发明中，因为GaN基板的晶格常数和热膨胀系数同ScAlMgO₄基板基本一致,所以通过MOCVD方法在ScAlMgO₄基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶的制造。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓单结晶基板的制造方法。

背景技术

GaN是第三代宽禁带半导体的典型代表，已被广泛应用于半导体照明、微波功率器件和电力电子器件等方面，展现出巨大的应用前景。用于氮化镓生长的最理想衬底自然是氮化镓单晶材料，这样的同质外延(即外延层和衬底是同一种材料)可以大大提高外延膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。

但是氮化镓单晶生长困难，价格昂贵，大规模化同质外延生长目前仍然没有可能。因此，目前氮化镓单晶制备仍然采用异质外延，如蓝宝石(αAl₂O₃)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、铝镁酸钪(ScAlMgO₄)等材质制造的基板,通过氢化物气相外延(HVPE)法制得由GaN层层叠而成的复合基板,或者将层叠而成的GaN层从异种材料的基板上剥离或者切片后,作为GaN独立基板使用。如果将氮化镓的晶格常数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.09倍，碳化硅为2.91倍，蓝宝石为2.51倍，并且如果将氮化镓的热膨胀系数设为1，则砷化镓为氮化镓的1.08倍，碳化硅为0.87倍，蓝宝石为1.36倍，因此，当在以这些材料制成的基板上生长GaN结晶时,因为生长的结晶和基板间的晶格常数和热膨胀系数的差异,导致成长的GaN内部产生应力,使得结晶缺陷甚至断裂，而受到GaN内部残留应力的影响,晶片整体会产生变形翘起。另外，铝镁酸钪同氮化镓相比，晶格常数为1.01倍，热膨胀系数为1.1倍，几乎相等，不过如果将其用作GaN晶体生长的衬底，在一般的HVPE方法中，GaN晶体生长时会损伤铝镁酸钪衬底，与上述方法一样都无法避免结晶缺陷的发生，相比之下情况并没有得到显著的改善。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种氮化镓单结晶基板的制造方法，解决现有技术制造氮化镓单晶基板存在结晶缺陷的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种氮化镓单结晶基板的制造方法，包括以下步骤：

S1、选取铝镁酸钪(ScAlMgO₄)作为衬底；

S2、通过MOCVD有机金属气相生长法在所述衬底上生长GaN系缓冲层；

S3、通过HVPE气相生长法在所述GaN系缓冲层上外延生长GaN单晶层；

S4、将所述GaN单晶层切片，形成GaN单结晶基板；

S5、研磨抛光；

S6、洗净。

可选地，所述步骤S2中，在MOCVD反应室内将衬底热处理，温度维持在800-1300℃，持续300-2000s，然后降温，在低于600℃的低温反应条件下，促成GaN系缓冲层的生长。

可选地，所述步骤S3中，在800-1050℃的高温反应条件下，通过HVPE气相生长法促成GaN单晶层的外延生长，并控制GaN单晶层厚度在衬底厚度的0.2-1.5倍之间。