[发明专利]一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法

说明书

本发明涉及一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法。所述方法包括步骤如下：(1)通入氨气，在氨气保护下，升温至GaN厚膜生长温度；(2)在长有GaN籽晶的蓝宝石基板上生长GaN厚膜，然后通入刻蚀性原材料，一边去除托盘上多晶GaN颗粒，一边生长GaN厚膜，得到GaN厚膜。本发明在开始生长GaN厚膜时通入刻蚀性原材料至GaN厚膜生长结束或在GaN厚膜生长过程中间断通入刻蚀性原材料，可以避免托盘上生长多晶GaN，或者将托盘上已经生长的多晶GaN去除，直接避免和减少厚膜GaN生长过程中托盘上的多晶GaN颗粒落到外延片上，实现了GaN厚膜表面多晶GaN颗粒数量＜5个，成功制备得到表面平滑光亮的GaN厚膜。

技术领域

本发明涉及一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法，属于光电子功率器件领域。

背景技术

GaN材料是制作光电子器件，尤其是蓝绿光LED和LD的理想材料，这类光源在高密度光信息存储、高速激光打印、全彩动态高亮度光显示、固体照明光源、高亮度信号探测、通讯等方面有着广阔的应用前景和巨大的市场潜力。此外GaN半导体材料也是制作高温、高频、大功率器件的理想材料。GaN是氮化物材料的代表，是具有优异的宽禁带III-V族化合物半导体材料之一，是当今世界上先进的半导体材料之一。

目前，制备GaN材料主要采用氢化物气相外延法(HVPE)或金属有机化学气相沉积法(MOVCD)，以蓝宝石作为衬底，在蓝宝石衬底上直接外延生长GaN厚膜。在现有的生长装置中蓝宝石衬底一般位于涂覆有碳化硅涂层的石墨托盘上，在生长GaN厚膜的过程中，GaN不仅仅在衬底上生长，也会在石墨托盘上生长，当石墨托盘GaN生长到一定厚度时就会形成多晶GaN并脱落，导致大量多晶GaN颗粒落到外延片上，进而使得外延片报废无法使用，鉴于此，本发明提供了一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法，在生长厚膜GaN过程中，通入刻蚀性原材料，将托盘上的多晶GaN去除，减少厚膜GaN生长过程中托盘上的多晶颗粒落到外延片上，解决厚膜GaN生长过程中掉落颗粒问题，为GaN自支撑衬底的制备提供厚膜，应用于同质外延的功率器件、蓝光激光器等，满足高效新型大功率电力电子、光电等领域应用需求。

本发明的技术方案如下：

一种减少表面颗粒的GaN厚膜生长方法，包括步骤如下：

(1)通入氨气，在氨气保护下，升温至GaN厚膜生长温度；

(2)通过金属有机化学气相沉积法或氢化物气相外延法在长有GaN籽晶的蓝宝石基板上生长GaN厚膜，然后通入刻蚀性原材料，一边去除托盘上多晶GaN颗粒，一边生长GaN厚膜，得到GaN厚膜。

根据本发明优选的，步骤(1)中，所述氨气流量为10-100L，生长温度为1050-1150℃。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述GaN籽晶生长厚度为0.5-5μm。

根据本发明优选的，步骤(2)中，采用金属有机化学气相沉积法时，生长压力控制在20～300mbar之间，V/III比控制在150-1500之间。

根据本发明优选的，步骤(2)中，采用氢化物气相外延法时，生长压力控制在500～1000mbar之间，V/III比控制在20-200之间。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述通入刻蚀性原材料的时机为：在开始生长GaN厚膜时通入刻蚀性原材料至GaN厚膜生长结束或在GaN厚膜生长过程中间断通入刻蚀性原材料。

进一步优选的，在GaN厚膜每生长2-20μm，通入一次刻蚀性原材料，通入时间为2-5min，形成周期性循环至GaN厚膜生长结束。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述刻蚀性原材料为四氯化碳、四溴化碳、氯化氢或氯气，通入量为5000-10000mol。