[发明专利]一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法

说明书

本发明公开了一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法，包括四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)作为基板衬底；S2、采用磁控溅射法在所述四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底上形成氮化铝(AlN)薄膜层；S3、在S2步骤中形成的氮化铝(AlN)薄膜层上通过HVPE气相生长法在高温环境下外延生长氮化镓(GaN)单晶层；S4、将氮化镓(GaN)单晶层上的四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底和氮化铝(AlN)薄膜层去除，获得氮化镓(GaN)单结晶基板。本发明利用磁控溅射法和HVPE气相生长法进行二级生长，有效避免氮化镓(GaN)晶体生长时损伤四氧化镁铝钪衬底，实现无位错、无结晶缺陷的高品质氮化镓(GaN)结晶基板的制造。

技术领域

本发明涉及氮化镓材料制备相关技术领域，具体为一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法。

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，氮化镓(GaN)晶体生长时会损伤四氧化镁铝钪衬底，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，因此发明人设计了一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法，解决上述技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法，解决了氮化镓(GaN)晶体生长时会损伤四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)衬底的问题。

(二)技术方案

本发明提出一种基于磁控溅射氮化铝的氮化镓单结晶基板制造方法，包括四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)，包括以下步骤：

S1、选取四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)作为基板衬底；

S2、采用磁控溅射法在所述四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底上形成氮化铝(AlN)薄膜层；

S3、在S2步骤中形成的氮化铝(AlN)薄膜层上通过HVPE气相生长法在高温环境下外延生长氮化镓(GaN)单晶层；

S4、将氮化镓(GaN)单晶层上的四氧化镁铝钪(ScAlMgO₄)基板衬底和氮化铝(AlN)薄膜层去除，获得氮化镓(GaN)单结晶基板；