氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延层技术

本发明专利技术适用于半导体技术领域，提供了一种氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延层，该方法包括：将衬底放置于反应室中，并将所述反应室的温度升高至预设温度；在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓；在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层；进行降温处理。本发明专利技术中的制备方法工艺难度小，能够生长大尺寸的自剥离氮化镓外延层。

Preparation of GaN Epitaxial Layer and GaN Epitaxial Layer

The invention is applicable to the field of semiconductor technology, and provides a preparation method of GaN epitaxy layer and GaN epitaxy layer. The method includes: placing a substrate in a reaction chamber and raising the temperature of the reaction chamber to a preset temperature; growing a first GaN layer on the upper surface of the substrate; and preparing metal GaN on the upper surface of the first GaN layer; The second gallium nitride layer was grown on the upper surface of the Ga-based substrate and cooled. The preparation method of the invention has little difficulty in process, and can grow self-stripping gallium nitride epitaxial layer with large size.

【技术实现步骤摘要】
氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延层
本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延层。
技术介绍
氮化镓(GaN)作为宽禁带半导体材料的代表之一，具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速率高、介电常数小和热导特性好等优良特性，是制造高频大功率微电子器件、短波长光电子器件、高温器件和抗辐照器件的首选材料，近十几年来一直是半导体光电子学和微电子学领域的研究热点。氮化镓的单晶生长很困难，目前，通常采用异质外延的方式生长氮化镓外延层，再将氮化镓外延层与异质衬底剥离，剥离后的氮化镓外延层可以转移到柔性衬底上，实现基于柔性衬底的微电子或光电子器件，或者转移到热导率更高的金刚石衬底上，提高射频和功率器件的性能。目前，常用的剥离氮化镓外延层与衬底的方法是激光剥离法，但是，这种方法需要精确控制激光波长及脉冲时间，工艺难度大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延层，以解决现有技术中通过激光剥离氮化镓外延层与衬底时，工艺难度大的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种氮化镓外延层的制备方法，包括：将衬底放置于反应室中，并将所述反应室的温度升高至预设温度；在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓；在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层；进行降温处理。在第一方面的第一种实现方式中，所述在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层，包括：向所述反应室通入载气、氮源和镓源，在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层。结合第一方面的第一种实现方式，在第二种实现方式中，所述在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓，包括：第一预设时间内，停止向所述反应室通入氮源和镓源，或者，第二预设时间内，停止向所述反应室通入氮源，在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓。结合第一方面的第二种实现方式，在第三种实现方式中，所述第一预设时间大于或等于10秒且小于或等于5分钟；所述第二预设时间小于或等于5分钟。在第一方面的第四种实现方式中，所述在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层，包括：向所述反应室通入载气、氮源和镓源，在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层。在第一方面的第五种实现方式中，还包括：在所述衬底的上表面生长缓冲层；所述在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层，包括：在所述缓冲层的上表面生长第一氮化镓层。在第一方面的第六种实现方式中，所述衬底为硅衬底或碳化硅衬底。在第一方面的第七种实现方式中，所述氮源为氨气，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓。在第一方面的第八种实现方式中，所述预设温度为800摄氏度至1250摄氏度。本专利技术实施例的第二方面提供了一种氮化镓外延层，通过如本专利技术实施例第一方面所述的氮化镓外延层的制备方法制备得到。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例通过在衬底上生长第一氮化镓层，在第一氮化镓层上制备金属镓，再生长第二氮化镓层，然后进行降温，在降温的过程中，由于热失配，第二氮化镓层会自剥离，从而获得自剥离氮化镓外延层。本专利技术实施例中的制备方法工艺难度小，能够生长大尺寸的自剥离氮化镓外延层。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例提供的氮化镓外延层制备方法的实现流程示意图；图2是本专利技术另一实施例提供的氮化镓外延层制备方法的示意图；图3是本专利技术又一实施例提供的氮化镓外延层制备方法的示意图；图4是本专利技术再一实施例提供的氮化镓外延层制备方法的实现流程示意图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。请参考图1，图1是本专利技术一实施例提供的氮化镓外延层的制备方法的实现流程示意图，该方法包括以下步骤：步骤S101，将衬底放置于反应室中，并将所述反应室的温度升高至预设温度。在本专利技术实施例中，通过化学气相沉积法或者金属有机物化学气相沉积法外延生长氮化镓。首先，清洗衬底，并将清洗后的衬底放入生长氮化镓设备的反应室中，并向反应室通入氦气、氩气、氮气和氢气的一种或多种，然后将反应室的温度升高至预设温度，其中，预设温度为氮化镓外延层的生长温度，一种实现方式中，预设温度为800摄氏度至1250摄氏度。衬底为异质衬底，包括但不限于蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底和铝氮衬底。步骤S102，在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层。在本专利技术实施例中，利用载气向反应室通入氮源和镓源。一种实现方式中，氮源为氨气，镓源为三甲基镓或三乙基镓，载气为氢气。氮源、镓源和载气也可以为其他能制备氮化镓外延层的材料，本专利技术实施例不做具体限定。作为本专利技术的一个实施例，步骤S101之前，还包括：在所述衬底的上表面生长缓冲层；步骤S102的实现方式为：在所述缓冲层的上表面生长第一氮化镓层。在本专利技术实施例中，缓冲层为氮化铝，首先在衬底上表面生长缓冲层，再生长第一氮化镓层，缓冲层能够有效降低衬底与第一氮化镓缓冲层之间的晶格失配。步骤S103，在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓。在本专利技术实施例中，在第一预设时间内，停止向反应室通入氮源和镓源，或者，第二预设时间内，停止向反应室通入氮源，生长的第一氮化镓层中的氮化镓会在高温下分解，分解出的氮元素析出，分解出的镓元素会残留在第一氮化镓层的上表面形成金属镓。如图2和图3所示，在衬底11上生长第一氮化镓层12，在第一氮化镓层12的表面制备金属镓13。一种实现方式中，如图2所示，金属镓为镓薄膜131，其中，镓薄膜131可以完全覆盖第一氮化镓层12也可以不完全覆盖第一氮化镓层12。另一种实现方式中，如图3所示，金属镓为一个或多个镓岛132。作为本专利技术的一个实施例，所述第一预设时间大于或等于10秒且小于或等于5分钟；所述第二预设时间小于或等于5分钟。在本专利技术实施例中，停止向反应室通入氮源和镓源的时间大于5分钟时，会导致第一氮化镓层表面刻蚀过于粗糙，后续生长第二氮化镓层时无法快速长好，影响晶体质量，小于10秒时，会导致金属镓过少，影响后续第二氮化镓层的自剥离，或者，停止向反应室通入氮源的时间大于5分钟时，会导致金属镓过多影响后续生长第二氮化镓层的质量。步骤S104，在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层。在本专利技术实施例中，利用载气向反应室通入氮源和镓源，生长第二氮化镓层。优选的，氮源为氨气，镓源为三甲基镓或三乙基镓，载气为氢气。氮源、镓源和载气也可以为其他能制备氮化镓外延层的材料，本专利技术实施例不做具体限定。第二氮化镓层与第一氮化镓层之间由于有金属镓，使第二氮化镓层与第一氮化镓层之间的界面处成键比较弱。步骤S105，进行降温处理。在本专利技术实施例中，将反应室的温度自然降温至室温，降温过程中，由于热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓外延层的制备方法，其特征在于，包括：将衬底放置于反应室中，并将所述反应室的温度升高至预设温度；在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓；在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层；进行降温处理。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓外延层的制备方法，其特征在于，包括：将衬底放置于反应室中，并将所述反应室的温度升高至预设温度；在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓；在制备所述金属镓后的衬底的上表面生长第二氮化镓层；进行降温处理。2.如权利要求1所述的氮化镓外延层的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层，包括：向所述反应室通入载气、氮源和镓源，在所述衬底的上表面生长第一氮化镓层。3.如权利要求2所述的自剥离氮化镓外延层的制备方法，其特征在于，所述在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓，包括：第一预设时间内，停止向所述反应室通入氮源和镓源，或者，第二预设时间内，停止向所述反应室通入氮源，在所述第一氮化镓层的上表面制备金属镓。4.如权利要求3所述的氮化镓外延层的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间大于或等于10秒且小于或等于5分钟；所述第二预设时间小于或等于5分...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹甲运，房玉龙，王波，郭艳敏，张志荣，李佳，芦伟立，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13