一种通过预制裂纹制备氮化镓单晶衬底的方法

摘要

本发明公开了一种通过预制裂纹制备氮化镓单晶衬底的方法。本发明采用把预制裂纹、MOCVD、HVPE和应力控制自分离等技术融合在一起，对异质衬底的边缘进行处理，然后优化MOCVD生长工艺，与具体的预制裂纹法相配合，在GaN/异质衬底的界面的边缘处引入缝隙作为预制裂纹；通过应力控制技术实现平面内应力从边缘到中心的梯度变化；在一定梯度应力作用下，GaN与异质衬底完全自分离，从而获得大尺寸完整的GaN单晶衬底。本发明获得自支撑GaN单晶衬底，表面光滑无裂纹，晶体质量高。本发明实现了原位的GaN与异质衬底的自分离，不需要另外的复杂的激光剥离或沉积金属牺牲层等设备技术，工艺简单，易于控制，极大地提高了本发明的实用性。

主权项

一种氮化镓单晶衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1）在异质衬底上，采用金属有机物化学气相沉淀MOCVD方法生长GaN单晶薄膜，并与预制裂纹法相配合，在GaN单晶薄膜与异质衬底的界面的边缘处引入缝隙作为预制裂纹；2）在具有预制裂纹的GaN/异质衬底上，利用氢化物气相沉积HVPE方法生长GaN单晶厚膜，在生长过程中，采用应力控制技术，控制GaN单晶厚膜生长到一定厚度，使GaN单晶厚膜中的内应力达到最大；3）当使GaN单晶厚膜中的内应力达到最大时，停止生长，并开始降温，控制降温过程中的温度梯度和温度分布，利用GaN单晶厚膜与异质衬底之间的热膨胀系数差，使在GaN单晶厚膜中的应力分布从边缘向中心递度减小；4）GaN单晶厚膜中递度变化的应力导致GaN与异质衬底的界面在边缘处首先出现剪切力，在界面的边缘处的预制裂纹在此剪切力作用下不断向内扩展，使GaN从边缘向中心自动分离，从而获得自分离的自支撑GaN单晶衬底。