一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法技术

一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；键合过程中临时转移衬底脱落，保留或者去除隔离保护层，从而得到相应的GaN基复合衬底。本发明专利技术通过设置隔离保护层，避免了工艺过程中GaN外延层的表面损伤，提高良品率和同质外延质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底及制备方法。
技术介绍
对于晶体外延而言，无论从外延生长的理论上，还是半导体外延技术的发展历史，都已经证明同质外延是最佳选择。由于GaN体单晶的制备非常困难，大尺寸单晶GaN难以直接获得，且价格昂贵，GaN材料体系的外延生长主要是基于大失配的异质外延技术。近期，GaN衬底制备技术有了很大提高，使得GaN外延回归了同质外延，可以有效提高GaN后期外延晶体质量，但GaN单晶衬底价格居高不下，成为了限制其全面应用的主要问题。为了兼顾同质外延优势和控制成本，已经有一部分研究机构开始关注使用衬底转移技术，将GaN外延单晶层转移到高热导率高电导率的衬底上，制备导热导电的GaN复合衬底。专利申请号为：201210068033.0和专利申请号为：201210068026.0的在先专利公布了一种结合MOCVD外延技术、HVPE外延技术、激光剥离技术、键合技术以用微加工技术制备的新型的复合衬底材料产品及制备方法。该复合衬底既兼顾了GaN外延所需要的同质外延，提高晶体质量，又可以直接制备垂直结构LED，但在制备镓极性用于GaN生长的复合衬底时存在如下问题：1)介质键合和激光剥离工艺会对GaN薄膜造成一定的损伤，显著增加位错密度和点缺陷等晶体缺陷，最终影响器件的性能和稳定性；2)键合过程中，粘接剂在GaN表面高温碳化后会形成碳颗粒等污染物，使得GaN薄膜容易产生裂纹和鼓泡等宏观缺陷，破坏其表面形貌，增加了同质外延的难度，且污染物随着高温过程会向晶体内部扩散形成晶体缺陷，增加了器件漏电流，严重影响器件的性能和成品率；3)键合过程中，粘接剂在碳化过程中产生非常大的应力作用，会引起衬底中残余应力较大，从而影响晶体质量和后续同质外延效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，避免了工艺过程中GaN外延层的表面损伤，提高良品率和同质外延质量。为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：S11，在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；S12，在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；S13，在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；S14，键合过程中临时转移衬底脱落，对所获得的复合衬底中的GaN外延层表面的隔离保护层，利用干法或湿法刻蚀工艺制备成图形化周期结构，得到具有隔离保护层的GaN基复合衬底。一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：S21，在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；S22，在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；S23，在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；S24，键合过程中临时转移衬底脱落，对所获得的复合衬底GaN外延层表面进行腐蚀去除隔离保护层，得到去除隔离保护层的GaN基复合衬底。所述隔离保护层为单层、双层、多层或是成份渐变层结构，或者是具有图形的层状结构，或者是层状结构与图形结构相互结合的多层结构。所述隔离保护层是在衬底转移之前或是之后进行图形化处理，该隔离保护层的图形化为圆锥形、圆柱形、梯形圆台形、蒙古包形、三角锥形、方锥形、方柱形、三角方台型、梯形方台型、五边锥形、五边柱形、梯形五边台形、六边锥形、六边柱形、梯形六边台形、12边锥形、12边柱形、梯形12边台形的多边锥形或多边柱形或梯形多边台形周期性形状。所述隔离保护层的图形化可使用ICP、HVPE、MOCVD等干法刻蚀工艺，也可以是使用常规溶液腐蚀、光电化学腐蚀、无电极腐蚀等湿法刻蚀工艺。所述隔离保护层材料是AlN、ZnO、SiO2、SiNx、SiC、TiC和InN中的任意一种，或者是Mo、Au、Ti、Cu、Pd、W、Ni、Cr、In、Sn中的任意一种单质金属或两种或两种以上的合金。所述隔离保护层的厚度为1纳米至100微米，优选为10-2000纳米。所述隔离保护层利用HVPE、MOCVD、PECVD、电子束蒸发、磁控溅射、电镀、真空热蒸发或湿法工艺，制备在GaN外延层的表面。所述GaN外延层的厚度为10纳米至100微米，并且优选为3微米至50微米。所述GaN外延层为GaN薄膜、AlN薄膜和InN薄膜中的任意一种或者任意两种或者三种的合金薄膜。所述键合介质层厚度为10纳米至100微米，该键合介质层为钼(Mo)、金(Au)、钛(Ti)、铜(Cu)、钯(Pd)、铂(Pt)、钨(W)、镍(Ni)和铬(Cr)中的任意一种单质金属或两种或者两种以上的合金，或者键合介质层为树脂基体和导电粒子银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)及石墨(C)中的一种或两种或两种以上构成的导电聚合物，或者键合介质层为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)及石墨(C)中的一种或两种或两种以上的导电粒子的微粒与粘合剂、溶剂、助剂所组成的导电浆料，或者键合介质层为硅酸盐基高温导电胶，或者键合介质层为镍(Ni)、铬(Cr)、硅(Si)和硼(B)等金属形成的高温合金浆料。所述导热导电键合介质层，则利用磁控溅射、电镀、真空热蒸发或湿法工艺，制备在GaN外延层和导热导电衬底的表面。所述导热导电转移衬底的厚度为10微米至3000微米，熔点高于1000℃且具有良好导热导电性能，该导热导电转移衬底为钼(Mo)、铜(Cu)、钛(Ti)、钨(W)、钯(Pd)、铂(Pt)镍(Ni)和铬(Cr)中的任意一种单质金属或两种或两种以上的合金，或者导热导电转移衬底为Si晶体、SiC晶体或AlSi晶体。本专利技术通过在GaN外延层与粘接剂之间引入隔离保护层，此隔离保护层可以有效的防止衬底转移工艺对GaN薄膜的损伤，提高良品率和同质外延质量，并能平衡残余应力和提高出光效率，隔离粘接剂在高温碳化过程中产生的污染物，又能有效的缓解粘接剂在固化过程中对GaN单晶层的施加的有害应力。隔离保护层可以在衬底制备工艺完成后去除，或者通过对隔离保护层进行图形化设计，最终也可以在衬底中最终作为复合衬底的反射镜结构，或是充当复合衬底二次外延生长的缓冲层结构。本专利技术是在蓝宝石衬底外延生长之后，在衬底转移过程中使用隔离保护层，保护GaN外延层不被衬底转移工艺所损伤，制备得到的复合衬底适用于高质量同质外延和直接制备垂直结构LED器件，同时具备低应力和小翘曲状态，能显著改善转移实现的GaN复合衬底的各项性能、GaN同质外延质量以及后期芯片工艺难度，可以有效控制成本，具有较大的发展潜力和市场前景。附图说明附图1为本专利技术制备保留隔离保护层的复合衬底结构示意图；附图2为本专利技术制备去除隔离保护层的复合衬底结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：S11，在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；S12，在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；S13，在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；S14，键合过程中临时转移衬底脱落，对所获得的复合衬底中的GaN外延层表面的隔离保护层，利用干法或湿法刻蚀工艺制备成图形化周期结构，得到具有隔离保护层的GaN基复合衬底。

【技术特征摘要】
1.一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：S11，在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；S12，在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；S13，在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；S14，键合过程中临时转移衬底脱落，对所获得的复合衬底中的GaN外延层表面的隔离保护层，利用干法或湿法刻蚀工艺制备成图形化周期结构，得到具有隔离保护层的GaN基复合衬底。2.一种用于GaN生长的具有隔离保护层的复合衬底制备方法，包括以下步骤：S21，在蓝宝石衬底上外延生长GaN外延层得到蓝宝石基GaN复合衬底；S22，在蓝宝石基GaN复合衬底上的GaN外延层表面制备隔离保护层，使用粘接剂将隔离保护层连接到临时转移衬底上，去除原蓝宝石衬底；S23，在GaN外延层和导热导电转移衬底上分别制备键合介质层，然后通过该键合介质层将GaN外延层和导热导电转移衬底进行键合，实现GaN外延层表面与导热导电转移衬底的键合；S24，键合过程中临时转移衬底脱落，对所获得的复合衬底GaN外延层表面进行腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪青，刘丹丹，张国义，梁文林，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44