本发明专利技术提供了一种III族氮化物衬底以及制备方法。所提供的衬底的III族元素面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述沟槽的深度范围是0.3nm-50nm，宽度范围是10nm-500nm。本发明专利技术的优点在于，只去除晶格损伤而不特别在意是否去除划痕，测试结果表明，与现有技术中采用无划痕衬底相比，所获得的外延层质量相同。因此，本发明专利技术摒弃了外延衬底一定要无划痕的技术偏见，提供了有划痕的衬底用于外延生长，节省了化学机械抛光带来的工艺成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料领域，尤其涉及III族氮化物衬底以及制备工艺。
技术介绍
氮化镓(GaN)是宽禁带直接带隙半导体材料，具有优良的光学和电学性质，在蓝绿到紫外波段的光电子器件和高功率微波器件等领域有着广泛的应用前景。可以用来外延生长GaN相关器件的衬底材料有很多种，包括自支撑(free-standing) GaN衬底、蓝宝石、碳化硅等。其中自支撑GaN衬底与外延GaN材料之间不存在晶格失配和热失配，被称为同质外延技术。在其他衬底上外延生长GaN材料存在较大的晶格失配和热失陪，被称为异质外延技术。在同质外延技术中，GaN材料及器件中的缺陷密度能够降低到16Cm 2以下，能够有效提升GaN相关器件的性能指标，是未来重要的发展方向。然而，相比于异质外延技术，同质外延技术的发展依然面临一系列的挑战。例如起始GaN衬底的表面形貌和平整度对后续外延GaN材料及器件具有非常重要的影响，是同质外延技术面临的关键挑战之一。在异质外延技术中，目前用来外延生长GaN器件的蓝宝石、碳化娃等异质衬底加工一般采用粗研磨、精研磨以及化学机械抛光(CMP)三个步骤来进行。其中，CMP技术将化学抛光与机械抛光的各自优点结合起来，可以快速的去除机械研磨引入的几百纳米甚至几个微米的损伤层，从而获得无损伤层、原子级平整的衬底表面，其表面粗糙度(Ra)通常在0.2nm以下。在同质外延技术中，针对GaN自支撑衬底的表面处理一般也遵循蓝宝石、碳化硅等衬底的工艺技术路线，利用粗研磨、精研磨以及化学机械抛光三个步骤来进行表面处理。然而与蓝宝石不同，自支撑GaN衬底的Ga面化学性质稳定，在化学机械抛光处理过程中，其化学抛光效率非常低。有文献报道自支撑GaN衬底Ga面的CMP速率为17nm/h，需要CMP加工150h才能去除机械研磨带来的损伤。参见H.Aida, H.Takeda, K.Koyama, H.Katakura, K.Sunakawaj T.Doij Chemicalmechanical polishing of gallium nitride with colloidalsilica, J.Electrochem.Soc.158 (2011)H1206 - H1212，以及 H.Aida, H.Takedaj S-ff.Kimj N.Aotaj K.Koyamaj T.Yamazakij T.Doij Evaluat1n of subsurface damadge in GaNsubstrate induced by mechanical polishing with diamond abrasives, Appl.Surf.Sc1.292(2014)531-536。因此，相比于蓝宝石衬底的典型研磨抛光时间2到4小时，对GaN的Ga面抛光时间提高了 30倍以上，大幅增加了自支撑GaN衬底的加工成本。因此，采用与蓝宝石类似的CPM的方法来获得表面原子级平整、无损伤层的自支撑GaN衬底将面临巨大的成本挑战，不利于生产规模的放大。因此，急需发展新型的GaN自支撑衬底表面的处理工艺技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供低成本的III族氮化物衬底以及制备工艺。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种III族氮化物衬底，用于外延生长，所述衬底的III族元素面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述沟槽的深度范围是0.3nm-50nm,宽度范围是10nm-500nmo可选的，所述沟槽的深度范围是0.1nm?8.0nm，且宽度范围是1nm?344nm。可选的，所述沟槽的深度范围是0.1nm?16.3nm，且宽度范围是1nm?166nm。本专利技术进一步提供了一种III族氮化物衬底，包括支撑衬底和外延层，所述支撑衬底和外延层均为III族氮化物材料，且所述支撑衬底与外延层贴合的表面是其III族氮化物面，所述支撑衬底的III族元素面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述沟槽的深度范围是0.3nm_50nm，宽度范围是10nm-500nm。 可选的，所述外延层填充至所述沟槽内。本专利技术进一步提供了一种用于外延生长的III族氮化物衬底的制备工艺，包括如下步骤:提供一 III族氮化物衬底；对所述III族氮化物衬底的III族元素面实施研磨，该研磨工艺会对表面的晶格形成损伤，并在其表面形成多个横截面为V型的沟槽；处理研磨后的III族元素面使其满足外延生长的要求；其特征在于，处理研磨后的III族元素面的步骤是采用干法或湿法腐蚀的方法去除被损伤的晶格。可选的，所述研磨工艺采用金刚石颗粒作为磨料，磨料中研磨颗粒的粒径范围是I微米至6微米。可选的，所述研磨步骤对表面以下500nm?3000nm深度内的晶格形成损伤。可选的，采用干法腐蚀的方法除去被损伤的晶格，实施完毕后表面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述沟槽的深度范围是0.1nm?8.0nm,且宽度范围是1nm?344nm。可选的，采用湿法腐蚀的方法除去被损伤的晶格，实施完毕后表面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述的深度范围是0.1nm?16.3nm，且宽度范围是1nm?166nm。本专利技术的优点在于，采用更为快速的腐蚀工艺代替了化学机械抛光，只去除晶格损伤而不特别在意是否去除划痕。实际上，由于腐蚀工艺的对表面的去除速度基本相同，因此划痕得以保留。但是，测试结果表明，与现有技术中采用无划痕衬底相比，所获得的外延层质量相同。因此，本专利技术摒弃了外延衬底一定要无划痕的技术偏见，提供了有划痕的衬底用于外延生长，节省了化学机械抛光带来的工艺成本。【附图说明】附图1所示是本专利技术的本【具体实施方式】提供的一种具有划痕的衬底表面的形貌示意图。附图2所示是本专利技术的【具体实施方式】的实施步骤示意图。附图3所示是是本专利技术的【具体实施方式】中研磨后表面受损情况的测试结果，其中图片(a)是SEM照片，表示划伤情况，图片(b)是阴极荧光(CL)谱，表示的是晶格损伤。附图4所示是本专利技术的【具体实施方式】中采用粒径I微米金刚石颗粒研磨后的剖面CL谱。附图5所示是本专利技术的【具体实施方式】中研磨并干法刻蚀后表面受损情况的测试结果，其中图片(a)是SEM照片，表示划痕情况，图片(b)是阴极荧光(CL)谱，表示的是仅存在位错露头的黑点(不发光)，无划痕对应的损伤层，说明损伤层已经完全去除。附图6所示是本专利技术的【具体实施方式】中研磨并湿法腐蚀后表面受损情况的测试结果，其中图片(a)是SEM照片，表示划痕情况，图片(b)是阴极荧光(CL)谱，表示的是仅存在位错露头的黑点(不发光)，无划痕对应的损伤层，说明损伤层已经完全去除。附图7所示是采用现有技术的无划痕衬底和本专利技术的【具体实施方式】中的有划痕衬底采用HVPE工艺进行外延生长后的外延层表面AFM照片对比，其中(a)采用经化学机械抛光后的无划痕衬底，而(b)采用本【具体实施方式】所述的采用粒径I微米金刚石颗粒研磨，并采用干法刻蚀去除晶格损伤层后的衬底。附图8所示是本专利技术的【具体实施方式】所用的采用粒径I微米金刚石颗粒研磨，并采用干法刻蚀去除晶格损伤层后的衬底做外延生长后，表面的光学显微镜照片和AFM照片的对比示意图，其中(a)是光学显微镜照片，而(b)是AFM照片。附图9所示是本专利技术的当前第1页1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种III族氮化物衬底，用于外延生长，其特征在于，所述衬底的III族元素面至少存在一个横截面为V型的沟槽，所述沟槽的深度范围是0.3nm‑50nm，宽度范围是10nm‑500nm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王明月，王建峰，徐科，
申请(专利权)人：苏州纳维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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