一种利用涂层硅衬底生长氮化镓晶体的方法

摘要

本发明涉及用于半导体材料外延生长的衬底，特别涉及一种利用涂层硅衬底生长氮化镓晶体的方法。该涂层硅衬底由硅基底和掺杂氮化硼薄片通过高压热处理键合在一起，其中掺杂氮化硼薄片是由铝和高熔点金属掺杂六方晶系氮化硼纳米片组成，通过同向啮合螺杆挤出机的反应，使铝离子和高熔点金属离子均匀插入到氮化硼的层状结构中。本发明方法降低了硅衬底与氮化镓晶体的晶格失配应力及热失配应力，减小了GaN单晶的位错密度，GaN晶体质量有明显的提高，且无需采用复杂、昂贵的工艺制备具有特殊结构的氮化镓基板，工艺简单，成本低廉，且生长温度低，适用于批量生产。

主权项

一种利用涂层硅衬底生长氮化镓晶体的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将氮化硼、Al(OH)₃粉、高熔点金属盐按质量比为1:0.1~0.3:0.01~0.05混合加入到行星球磨机中研磨10~15min，过20~100目筛；（2）将步骤（1）中的研磨混合物放入搅拌反应釜中，加入乙醇和水按体积比为1:0.5~1的混合液，配成质量浓度为60~80%分散液，加入分散剂，以1000~5000rpm的速度混合搅拌分散20~40min，得到混合浆料；（3）将步骤（2）中得到的浆料泵入同向啮合螺杆挤出机加料口中，设置分散螺纹元件段反应温度为120~140℃，反应10~20min，浆料通过分散螺纹元件，使铝离子和高熔点金属离子均匀插入到氮化硼的层状结构中；通过辅料口加入热塑性树脂胶黏剂，然后通过混炼螺纹元件，设置该段反应温度为300~400℃，混炼反应10~15min，然后通过挤压形成掺杂氮化硼薄片；（4）将步骤（3）中的掺杂氮化硼薄片置于已经进行表面清理的硅基底上，之后进行装套，密封，进行超高压热处理，温度范围为400~800℃、压力为2~8GPa下，保温1~15min，即将掺杂氮化硼薄片与硅基底键合在一起，冷却即得生长氮化镓晶体的涂层硅衬底；（5）将制备好的涂层硅衬底放入氢化物气相外延系统中进行 GaN 晶体外延生长。