本發(fā)明屬于光電子器件的制備領(lǐng)域，涉及一種GaN襯底的制備方法。

背景技術(shù)：

Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體以其壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、色彩豐富、安全及穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，逐漸發(fā)展成為新一代照明光源。GaN基半導(dǎo)體器件發(fā)展迅速并且擁有廣闊的市場(chǎng)前景。然而，由于異質(zhì)外延的限制，晶格失配與熱失配使得高質(zhì)量的GaN材料制備非常困難。特別是高亮度的白光LED、藍(lán)光LD以及大功率、高頻的功率器件急需同質(zhì)外延技術(shù)以降低有源層缺陷密度和提高襯底的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。

由于很大的晶格失配與熱失配，異質(zhì)外延制備GaN襯底的生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)力不斷積累，致使外延片彎曲甚至開(kāi)裂。目前通過(guò)異質(zhì)外延獲得GaN自支撐襯底的方法的方法主要有利用應(yīng)力的自分離方法和利用激光剝離、腐蝕等去除襯底的技術(shù)實(shí)現(xiàn)GaN厚膜和襯底分離的方法。

以上所述兩種方法中，自分離方法要求對(duì)各過(guò)程控制精細(xì)，成品率沒(méi)有保障；激光剝離方法獲得厚膜GaN的完整剝離技術(shù)難度較大，成品率有待提高。為了降低異質(zhì)外延中的應(yīng)力積累，插入層和側(cè)向外延等技術(shù)被應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)過(guò)程，由于這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)工藝的要求較高，過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，容易受到工藝過(guò)程的影響而使GaN襯底材料的晶體質(zhì)量受到影響且產(chǎn)率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種制備GaN自支撐或GaN厚膜襯底的方法，通過(guò)在鋪設(shè)有碳納米管的襯底上外延生長(zhǎng)過(guò)渡層，形成復(fù)合襯底，再經(jīng)過(guò)輻照和生長(zhǎng)厚膜GaN，得到厚膜GaN復(fù)合襯底或自支撐GaN襯底；本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、工藝條件易控制、價(jià)格低廉、便于大規(guī)模批量生產(chǎn)。

本發(fā)明提供的制備GaN襯底的方法的核心是，在鋪設(shè)有碳納米管的藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)GaN、InGaN、AlGaN、AlN、InN薄膜或納米柱構(gòu)成過(guò)渡層(碳納米管鋪設(shè)范圍需超過(guò)襯底邊緣200um-1mm)。隨后將復(fù)合襯底置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，該層在生長(zhǎng)厚膜GaN時(shí)，具有調(diào)節(jié)與釋放應(yīng)力的作用，同時(shí)在厚膜GaN與襯底分離時(shí)作為犧牲層。隨后再生長(zhǎng)厚膜GaN，從而獲 得低成本、高質(zhì)量的厚膜GaN復(fù)合襯底，或經(jīng)過(guò)去除襯底工藝或自分離工藝得到自支撐GaN襯底。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種GaN襯底的制備方法，該方法通過(guò)在鋪設(shè)有碳納米管的襯底上外延生長(zhǎng)過(guò)渡層，形成復(fù)合襯底，再經(jīng)過(guò)輻照復(fù)合襯底和生長(zhǎng)厚膜GaN，得到厚膜GaN復(fù)合襯底或自支撐GaN襯底；具體包括如下步驟：

1)在襯底上鋪設(shè)碳納米管，碳納米管鋪設(shè)范圍需超過(guò)襯底邊緣；

所述襯底的材料可以是實(shí)現(xiàn)GaN生長(zhǎng)的材料，如藍(lán)寶石襯底，或者是在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)了厚度為10納米-100微米的GaN、AIN、InN或者三種材料的合金薄膜材料；碳納米管鋪設(shè)范圍需超過(guò)襯底邊緣200um-1mm。

所述在襯底上鋪設(shè)碳納米管具體制作步驟如下：

在上述襯底上設(shè)置碳納米管陣列，具體方法依據(jù)鋪設(shè)碳納米管的襯底性質(zhì)，通過(guò)在襯底上沉積一層Fe催化劑層，通入碳源反應(yīng)氣體，利用加熱或者激光照射等辦法使得碳納米管生長(zhǎng)，從而形成碳納米管陣列。

碳納米管排列的結(jié)構(gòu)和尺寸，可以根據(jù)之后的GaN外延生長(zhǎng)以及外延層與襯底是否分離等需要來(lái)確定，具體包括碳納米管的尺寸、排列的周期、方向、堆疊的層數(shù)及圖形的選擇。對(duì)不同的襯底材料，根據(jù)晶向以及晶體生長(zhǎng)模式，確定不同的碳納米管的排列方式。碳納米管可以為單壁、多壁，也可以鋪設(shè)單層或多層碳納米管，碳納米管的直徑為1-100納米，碳納米管可以有序排列，也可以無(wú)規(guī)則排列。規(guī)則排列中，可形成矩形、六角形、正方形、平行四邊形等任意平面幾何形狀的分布，也可以是金字塔形、六角柱，四面體等立體三維分布，重復(fù)周期10納米-100微米，整體尺度可以根據(jù)需要，從1微米到6英寸或者更大的尺寸并保證碳納米管鋪設(shè)范圍需超過(guò)襯底邊緣200um-1mm。

2)在上述鋪設(shè)有碳納米管的襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成過(guò)渡層；襯底和過(guò)渡層形成復(fù)合襯底；

具體可采用分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)或者金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，根據(jù)生長(zhǎng)條件的變化形成一定厚度的GaN、InGaN、AlGaN、AlN、InN薄膜或納米柱結(jié)構(gòu)，對(duì)之后的外延生長(zhǎng)具有很好的應(yīng)力調(diào)節(jié)作用，也有利于分離GaN厚膜和襯底。

以MOCVD生長(zhǎng)GaN薄膜為例說(shuō)明生長(zhǎng)方法，主要分兩步生長(zhǎng)，首先為低溫GaN緩沖層生長(zhǎng)，隨后再高溫生長(zhǎng)GaN外延層。低溫GaN緩沖層的溫度范圍為500度至600度；壓 力為100至400Torr；緩沖層的厚度在50-300納米；高溫GaN層溫度范圍為900-1050度、壓強(qiáng)為300-600Torr，生長(zhǎng)2-8微米，形成以碳納米管作為間隔的GaN薄膜結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于選用c面藍(lán)寶石襯底，6微米厚度的GaN外延層是比較優(yōu)化的選擇。在其他的條件下，該步驟中GaN外延層厚度由襯底晶向、生長(zhǎng)條件、目標(biāo)參數(shù)等綜合決定。

3)將形成過(guò)渡層后的復(fù)合襯底置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照；

將長(zhǎng)完薄膜形成的復(fù)合襯底翻轉(zhuǎn)后使襯底一側(cè)朝上置于激光下輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于復(fù)合襯底中的碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，界面處形成疏松多孔的GaN過(guò)渡層。

上述激光所用的激光器波長(zhǎng)為220nm-1064nm，可選用氣體激光器(如二氧化碳激光器)、液體激光器(如染料激光器)和固體激光器(如YAG激光器)。根據(jù)所選用激光器波長(zhǎng)不同，激光功率為7-35W，頻率為10kHz-80kHz，光斑直徑為30um-150um，掃描速度為5-900mm/s，掃描路徑可為圓形，折線(xiàn)形等，掃描行距為20um-500um。

4)通過(guò)外延生長(zhǎng)方法在復(fù)合襯底上生長(zhǎng)厚膜GaN材料，制備成GaN厚膜襯底。

生長(zhǎng)厚膜GaN材料采用的各種外延技術(shù)可包括：金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法、氫化物氣相外延、分子束外延或者其他包括改變生長(zhǎng)參數(shù)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)等技術(shù)的組合，例如，可首先通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法或者分子束外延法生長(zhǎng)薄膜GaN，再利用氫化物氣相外延法快速生長(zhǎng)厚膜GaN。以GaN復(fù)合襯底為目的，GaN外延層的厚度可以在50納米-200微米；為了制備自支撐GaN襯底，GaN外延層的厚度可以在200微米-10毫米。本發(fā)明實(shí)施例中，MOCVD生長(zhǎng)GaN外延層的溫度范圍在900-1200度，壓力在100-450Torr；HVPE快速生長(zhǎng)溫度范圍在600-1100度，壓力范圍為250-700Torr；MBE生長(zhǎng)的GaN溫度為700-900度。在上述的生長(zhǎng)過(guò)程中，均可結(jié)合各種不同生長(zhǎng)參數(shù)組合的生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)化的方法，如：不同階段采用不同的反應(yīng)室溫度、壓力、氣體流量等。

對(duì)上述步驟4)制備好的厚膜GaN材料，可進(jìn)行機(jī)械拋光等工藝，降低表面粗糙度?；蛘卟捎梅蛛x方法去除襯底，將步驟4)中厚膜GaN層剝離，并進(jìn)行切割、機(jī)械研磨和化學(xué)拋光，形成自支撐GaN襯底。去除襯底的具體方法為：激光剝離方法、機(jī)械研磨方法、化學(xué)腐蝕方法或自分離方法中的一種或多種。激光剝離方法可采用準(zhǔn)分子激光器(如KrF激光器)、固體紫外激光器(如YAG激光器)對(duì)步驟4)中所制備的厚膜GaN照射實(shí)現(xiàn)分離；機(jī)械研磨可對(duì)原有襯底進(jìn)行研磨，得到自支撐GaN襯底。自分離技術(shù)利用在生長(zhǎng)過(guò)程中厚膜GaN 的應(yīng)力調(diào)整，自行和原有襯底分離實(shí)現(xiàn)自支撐GaN襯底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

通過(guò)在襯底表面鋪設(shè)一定層數(shù)的碳納米管，碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣200um-1mm，在生長(zhǎng)2-8um GaN薄膜后置于激光下輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，界面處形成了多孔的疏松層。在后續(xù)的GaN厚膜生長(zhǎng)過(guò)程中，多孔疏松層有效的釋放應(yīng)力，可以降低外延片的彎曲并抑制裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)多孔的疏松層結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)的自分離、激光剝離、熱處理等過(guò)程去除襯底。碳納米管的制備方便，工藝條件成熟可控且更易于大規(guī)模大尺寸批量生產(chǎn)，可以選擇不同的襯底，薄膜上生長(zhǎng)不同碳納米管結(jié)構(gòu)，經(jīng)激光輻照后留下不同形貌的孔洞，達(dá)到控制應(yīng)力釋放的時(shí)間、程度以及外延層的厚度等。本發(fā)明提供的GaN襯底的制備方法簡(jiǎn)單、工藝條件易控制、價(jià)格低廉、便于大規(guī)模批量生產(chǎn)；可以選擇不同的襯底；還可支持多種襯底分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GaN的自支撐襯底制備。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一和實(shí)施例三中制備GaN自支撐襯底的流程示意圖；

制備GaN自支撐襯底的流程為(a)到(g)，其中，(a)為襯底；(b)為在襯底上鋪設(shè)碳納米管陣列(超過(guò)襯底邊緣)；(c)為生成過(guò)渡層；(d)為使襯底一側(cè)朝上置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照；(e)為在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞；(f)為通過(guò)襯底分離技術(shù)去除襯底；(g)為自支撐GaN襯底；1—襯底；2—自支撐GaN襯底；3—碳納米管；4—在碳納米管的占據(jù)位留下的孔洞。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一和實(shí)施例三中制備GaN自支撐襯底的流程示意圖；如圖1所示，制備GaN自支撐襯底的流程為(a)到(g)，其中，(a)為襯底；(b)為在襯底上鋪設(shè)碳納米管陣列(超過(guò)襯底邊緣)；(c)為在襯底上生成過(guò)渡層；(d)為使襯底一側(cè)朝上置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照；(e)為在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞；(f)為通過(guò)襯底分離技術(shù)去除襯底；(g)為自支撐GaN襯底。

實(shí)施例一、c面自支撐GaN襯底的制備：

1)襯底可為藍(lán)寶石襯底，或?yàn)樵谒{(lán)寶石襯底上已生長(zhǎng)的GaN、AlN、InN或其他三族氮化物材料薄膜；碳納米管排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，碳納米管可為單根碳納米管，也可為一簇碳納米管，進(jìn)行單層或多層等各種形式排布，碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣：本實(shí)施例選用c面的藍(lán)寶石襯底，選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的三層碳納米管；碳納米管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用20納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米；碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣500um；

2)在上述覆蓋碳納米管的襯底上，使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)GaN薄膜或納米柱結(jié)構(gòu)，形成碳納米管與GaN薄膜或納米柱的過(guò)渡層。GaN薄膜分為低溫緩沖層和高溫外延層。低溫緩沖層厚度為50-300納米，本實(shí)施例中厚度選為200納米，生長(zhǎng)溫度范圍為500-600度，本實(shí)施例中采用550度；高溫外延層厚度在2-8微米，本實(shí)施例中采用6微米，生長(zhǎng)溫度為1000-1150度，本實(shí)施例中溫度為1040度。

其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在400-600度經(jīng)過(guò)大約30秒-2分鐘的氨氣氮化處理，而后在高溫條件下生長(zhǎng)2-15微米的高溫GaN外延層。高溫GaN外延層的溫度范圍在900-1200度，壓力在100-500Torr。在本實(shí)施例中，由于選用c面藍(lán)寶石襯底，研究表明6微米的GaN外延層是比較優(yōu)化的選擇。在其他的條件下該步驟中GaN外延層厚度是由襯底晶向、生長(zhǎng)條件、目標(biāo)參數(shù)等綜合決定。

3)將上述長(zhǎng)完薄膜的襯底翻轉(zhuǎn)后使藍(lán)寶石一側(cè)朝上置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，界面處形成疏松多孔的GaN過(guò)渡層。在本實(shí)施例中，采用1064nm的Nd:YAG激光器，激光功率為25w,頻率為20kHz，光斑直徑為100um，掃描速度為100mm/s,掃描路徑為圓形,掃描行距為30um。

4)將激光輻照后的GaN外延片放入HVPE中快速生長(zhǎng)厚膜GaN。總厚度在100微米以上。本實(shí)施例采用1毫米。HVPE快速生長(zhǎng)溫度范圍在600-1100度，壓力范圍為250-700Torr。

5)為了進(jìn)一步獲得自支撐的GaN襯底材料，將生長(zhǎng)完的在藍(lán)寶石上的厚膜GaN材料進(jìn)行激光剝離、機(jī)械研磨或化學(xué)腐蝕，去除生長(zhǎng)襯底。所述激光剝離可采用紫外激光器，也可用可見(jiàn)光激光器。界面處的碳納米管或GaN吸收激光產(chǎn)生的大量熱量，使得過(guò)渡層在界面附近處高溫分解留下金屬鎵，再用化學(xué)試劑(稀鹽酸)適當(dāng)清洗，即可分離藍(lán)寶石襯底和GaN層。 所述機(jī)械研磨可采用普通機(jī)械方法，把藍(lán)寶石從背面開(kāi)始研磨，最終得到自支撐的GaN襯底。所述化學(xué)腐蝕辦法，可利用磷酸、硫酸、氫氧化鈉等對(duì)藍(lán)寶石襯底有腐蝕作用的溶液進(jìn)行襯底的腐蝕，從而達(dá)到去除襯底的效果。

6)對(duì)獲得的自支撐GaN材料，進(jìn)行切割、機(jī)械和化學(xué)拋光等表面處理工藝，獲得50微米-800微米厚度的GaN襯底。

實(shí)施例二、c面GaN復(fù)合襯底的制備：

1)襯底可為藍(lán)寶石襯底，或是在藍(lán)寶石襯底上已生長(zhǎng)的GaN、AlN、InN或其他三族氮化物材料薄膜；碳納米管排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，碳納米管可為單根碳納米管，也可為一簇碳納米管，進(jìn)行單層或多層等各種形式排布，碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣：本實(shí)施例選用c面的藍(lán)寶石襯底，選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的三層納米碳管；納米碳管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用20納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米；碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣600um；

2)在上述覆蓋碳納米管的襯底上，使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)AlN納米柱結(jié)構(gòu)，形成碳納米管與AlN納米柱的過(guò)渡層，起到應(yīng)力調(diào)節(jié)和減少缺陷的作用。AlN納米柱高度在300納米-500納米，本實(shí)施例中采用300納米，生長(zhǎng)溫度為1080-1250度，本實(shí)施例中采用1200度。

3)在上述納米柱與碳納米管形成的應(yīng)力釋放過(guò)渡層上，使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)GaN材料。本實(shí)施例中生長(zhǎng)GaN厚度為6微米。

其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在400-600度經(jīng)過(guò)大約30秒-2分鐘的氨氣氮化處理，而后在高溫條件下生長(zhǎng)2-15微米的高溫GaN外延層。高溫GaN外延層的溫度范圍在900-1200度，壓力在100-500Torr。在本實(shí)施例中，由于選用c面藍(lán)寶石襯底，研究表明6微米的GaN外延層是比較優(yōu)化的選擇。在其他的條件下該步GaN外延層厚度是由襯底晶向、生長(zhǎng)條件、目標(biāo)參數(shù)等綜合決定。

4)將上述長(zhǎng)完薄膜的襯底翻轉(zhuǎn)后使藍(lán)寶石一側(cè)朝上置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，界面處形成疏松多孔的GaN過(guò)渡層。在本實(shí)施例中，采用355nm的紫外激光器，激光功率為7.2w,頻率為52kHz，光斑直徑為100um，掃描速度為900mm/s,掃描路徑為折線(xiàn)形,掃描行距為300um。

5)將激光輻照后的GaN外延片放入HVPE中快速生長(zhǎng)厚膜GaN。生長(zhǎng)層厚度在10-300微 米。本實(shí)施例生長(zhǎng)200微米。HVPE快速生長(zhǎng)溫度范圍在600-1100度，壓力范圍為250-700Torr。

6)GaN生長(zhǎng)層表面平滑的情況下，在步驟5)結(jié)束后可直接得到GaN復(fù)合襯底，亦可在5)后進(jìn)行化學(xué)、機(jī)械拋光等步驟，獲得表面光滑GaN復(fù)合襯底。

實(shí)施例三、非極性a面自支撐GaN或厚膜復(fù)合襯底的制備：

1)襯底可為r面藍(lán)寶石襯底，或是在藍(lán)寶石襯底上已生長(zhǎng)的GaN、AlN、InN或其他三族氮化物材料薄膜；碳納米管排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，碳納米管可為單根碳納米管，也可為一簇碳納米管等各種形式，碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣：本實(shí)施例選用r面藍(lán)寶石襯底，研究表明在r面藍(lán)寶石外延得到a面GaN。選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的三層碳納米管；碳納米管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用20納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米；碳納米管鋪設(shè)范圍超過(guò)襯底邊緣500um；

2)在上述覆蓋碳納米管的襯底上，使用MBE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)InN納米柱結(jié)構(gòu)，形成碳納米管與InN納米柱的過(guò)渡層。InN納米柱生長(zhǎng)溫度范圍為350-500度，本實(shí)施例中采用400度；高度在100納米-500納米，本實(shí)施例中采用200納米

3)在上述納米柱與碳納米管形成的過(guò)渡層上，使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)a面GaN材料。本實(shí)施例中生長(zhǎng)GaN厚度為6微米。

其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在400-600度經(jīng)過(guò)大約30秒-2分鐘的氨氣氮化處理，而后在高溫條件下生長(zhǎng)2-15微米的高溫GaN外延層。高溫GaN外延層的溫度范圍在1040-1200度，壓力在75-150Torr。在本實(shí)施例中，由于選用r面藍(lán)寶石襯底，研究表明6微米的GaN外延層是比較優(yōu)化的選擇。在其他的條件下該步GaN外延層厚度是由襯底晶向、生長(zhǎng)條件、目標(biāo)參數(shù)等綜合決定。

4)將上述長(zhǎng)完薄膜的襯底翻轉(zhuǎn)后使藍(lán)寶石一側(cè)朝上置于激光下從邊緣向中間進(jìn)行輻照，超過(guò)襯底邊緣的碳納米管有助于碳納米管或GaN在激光輻照下可以從邊緣向中間逐漸分解并生成氣體放出，在碳納米管的占據(jù)位留下孔洞(直徑為200-800nm)，界面處形成疏松多孔的GaN過(guò)渡層。在本實(shí)施例中，采用1064nm的Nd:YAG激光器，激光功率為25w,頻率為20kHz，光斑直徑為100um，掃描速度為100mm/s,掃描路徑為折線(xiàn)形,掃描行距為30um。

5)將激光輻照后的GaN外延片放入HVPE中快速生長(zhǎng)a面厚膜GaN。生長(zhǎng)層厚度在10微米以上。本實(shí)施例采用200微米和1毫米兩個(gè)厚度，分別應(yīng)用于制備a面GaN復(fù)合襯底和自支撐襯底。HVPE快速生長(zhǎng)溫度范圍在1020-1150度，壓力范圍為75-200Torr。

對(duì)于生長(zhǎng)層厚度較薄的200微米a面GaN，GaN生長(zhǎng)層表面平滑的情況下，在步驟5)結(jié)束后可直接得到GaN復(fù)合襯底，亦可在5)后進(jìn)行化學(xué)、機(jī)械拋光等步驟，獲得表面光滑的含有原生長(zhǎng)襯底的a面GaN復(fù)合襯底。

6)為了進(jìn)一步獲得自支撐的GaN襯底材料，將生長(zhǎng)完的在藍(lán)寶石上的厚膜GaN材料進(jìn)行激光剝離、機(jī)械研磨或化學(xué)腐蝕。所述激光剝離可采用紫外激光器，也可用可見(jiàn)光激光器。吸收激光產(chǎn)生的大量熱量，使得過(guò)渡層在界面附近處高溫分解留下金屬鎵，再用化學(xué)試劑(稀鹽酸)適當(dāng)清洗，即可分離藍(lán)寶石襯底和GaN層。所述機(jī)械研磨可采用普通機(jī)械方法，把藍(lán)寶石從背面開(kāi)始研磨，最終得到自支撐的GaN襯底。所述化學(xué)腐蝕辦法，可利用磷酸、硫酸、氫氧化鈉等對(duì)藍(lán)寶石襯底有腐蝕作用的溶液進(jìn)行襯底的腐蝕，從而達(dá)到去除襯底的效果。

7)對(duì)獲得的自支撐非極性a面GaN材料，進(jìn)行切割、機(jī)械和化學(xué)拋光等表面處理工藝，獲得250微米-800微米厚度的a面GaN襯底。

需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。