自支撑氮化镓层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种自支撑氮化镓层的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；于衬底上形成第一氮化镓层；于预设温度下向第一氮化镓层提供含氧气体或含氧气体预混气，以于第一氮化镓层的表面形成氧化镓颗粒层；于开口图形内及氧化镓颗粒层的表面形成第二氮化镓层；将得到的结构进行降温处理，使得第二氮化镓层剥离以得到自支撑氮化镓层。本发明专利技术可以根据需要形成所需直径和密度分布的氧化镓颗粒层；由于第二氮化镓层与第一氮化镓层的结合面有诸多氧化镓颗粒阻挡，导致二者之间形成疏松层，进而使得二者的接触力大大降低，在降温过程中又氮化镓与衬底之间存在热失配，在降温过程中即可将氮化镓层自动剥离下来，以形成自剥离氮化镓层。

Preparation of self supported GaN layer

【技术实现步骤摘要】
自支撑氮化镓层的制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种自支撑氮化镓层的制备方法。
技术介绍
第三代半导体材料由于能量禁带一般大于3.0电子伏，又被称为宽禁带半导体；相比于传统的硅基和砷化镓基半导体材料，宽禁带半导体(例如碳化硅、氮化镓、氮化铝及氮化铟等)由于具有特有的禁带范围、优良的光、电学性质和优异的材料性能，能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求，在汽车及航空工业、医疗、通讯、军事、普通照明及特殊条件下工作的半导体器件等方面既有十分广泛的应用前景。氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有直接带隙宽、热导率高等优异性能而受到广泛关注。氮化镓相较于第一代和第二代半导体材料除了具有更宽的禁带(在室温下其禁带宽度为3.4eV)，可以发射波长较短的蓝光，其还具有高击穿电压、高电子迁移率、化学性质稳定、耐高温及耐腐蚀等特点。因此，氮化镓非常适合用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。目前，氮化镓半导体材料的研究和应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。然而，目前氮化镓的单晶生长困难、价格昂贵，大规模和的同质外延的生长目前仍没有可能。目前，氮化镓的生长大多仍采用异质外延，所选用的异质衬底有硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底；在异质衬底上生长氮化镓会带来晶格失配和热失配导致器件中存在残余应力影响其性能。为了进一步提高器件性能，需要将氮化镓从异质衬底上剥离以得到自支撑氮化镓层。目前所采用的剥离工艺主要有激光剥离、自剥离、机械剥离及化学腐蚀剥离等；然而，现有的激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀工艺均需在氮化镓生长过程完成之后执行额外的剥离工艺，增加了工艺步骤及工艺复杂程度，从而增加了成本，同时，激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀剥离工艺对异质衬底均有苛刻的要求，普适性较差；现有的自剥离工艺虽然可以实现异质衬底与氮化镓的自剥离，但剥离过程中会对氮化镓的质量造成影响，成品率较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题提供一种自支撑氮化镓层的制备方法。一种自支撑氮化镓层的制备方法，包括如下步骤：提供衬底；于所述衬底上形成第一氮化镓层；于预设温度下向所述第一氮化镓层提供含氧气体或含氧气体预混气，以于所述第一氮化镓层的表面形成氧化镓颗粒层，所述氧化镓颗粒层内形成有暴露出所述第一氮化镓层的开口图形；于所述开口图形内及所述氧化镓颗粒层的表面形成第二氮化镓层；将得到的结构进行降温处理，使得第二氮化镓层剥离以得到自支撑氮化镓层。上述自支撑氮化镓层的制备方法通过在预设温度下向第一氮化镓层提供含氧气体或含氧气体预混气，可以根据需要形成所需直径和密度分布的氧化镓颗粒层；由于第二氮化镓层与第一氮化镓层的结合面有诸多氧化镓颗粒阻挡，导致二者之间形成疏松层，进而使得二者的接触力大大降低，在降温过程中又氮化镓与衬底之间存在热失配，在降温过程中即可将氮化镓层自动剥离下来，以形成自剥离氮化镓层，即免去了降温后激光剥离工艺及激光剥离所需的设备投入大大降低了生产成本，又提高了产品的良率。在一个可选的实施例中，于所述第一氮化镓层的表面形成若干个间隔分布的氧化镓凸起颗粒作为所述氧化镓颗粒层。在一个可选的实施例中，于预设温度下向所述第一氮化镓层提供所述含氧气体或含氧气体预混气，以于所述第一氮化镓层的表面形成所述氧化镓颗粒层包括如下步骤：将形成有所述第一氮化镓层的所述衬底置于反应炉内；将所述反应炉内的温度升至所述预设温度；向所述反应炉内通入所述含氧气体或含氧气体预混气。在一个可选的实施例中，所述含氧气体及所述含氧气体预混气在载气的带动下通入至所述反应炉内；向所述反应炉内通入所述含氧气体后还包括如下步骤：停止向所述反应炉内通入所述含氧气体或含氧气体预混气；向所述反应炉内持续通入所述载气。在第二氮化镓层的生长过程中，由于含氧气体的存在会降低第二氮化镓层的生长质量、提高掺杂量甚至会损坏相应的配件；为了避免含氧气体导致第二氮化镓层外延质量的降低，需要严格控制第二氮化镓层生长环境中含氧气体的量，在上述实施例中，在停止向反应炉内通入含氧气体后向反应炉内持续通入一段时间的载气，以吹扫干净剩余的含氧气体，可以在形成第二氮化镓层之前将含氧气体完全排出反应炉，避免含氧气体对第二氮化镓层造成影响，确保第二氮化镓层的质量。在一个可选的实施例中，停止向所述反应炉内通入所述含氧气体或之后向所述反应炉内持续通入所述载气的时间包括0分钟～180分钟。在一个可选的实施例中，所述含氧气体或所述含氧气体预混气的体积百分比为0.01％～100％，所述含氧气体或所述含氧气体预混气的流量为0.1sccm～100sccm。在一个可选的实施例中，所述载气包括氢气、氮气、氩气或氦气中的至少一种。在一个可选的实施例中，所述含氧气体预混气包括含氧气体及预混气体，所述含氧气体包括氧气或水蒸气中的至少一种，所述预混气体包括氢气、氮气、或氦气中的至少一种。在一个可选的实施例中，于所述开口图形内及所述氧化镓颗粒层的表面形成所述第二氮化镓层包括如下步骤：于所述开口图形内及所述氧化镓颗粒层的表面形成缓冲氮化镓层；于所述缓冲氮化镓层的表面形成目标氮化镓层。在一个可选的实施例中，所述缓冲氮化镓层的生长速度低于所述目标氮化镓层的生长速度，或所述缓冲氮化镓层的生长温度低于所述目标氮化镓层的生长温度或所述缓冲氮化镓层的生长压力低于所述目标氮化镓层的生长压力。附图说明图1为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法的流程图；图2为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中提供衬底后所得结构的截面结构示意图；图3为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中于衬底表面形成氮化铝层后所得结构的截面结构示意；图4为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中于衬底上形成第一氮化镓层后所得结构的截面结构示意图；图5为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中形成氧化镓颗粒层之后所得结构的俯视结构示意图；图6为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中形成氧化镓颗粒层之后所得结构的截面结构示意图；图7为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中形成缓冲氮化镓层之后所得结构的截面结构示意图；图8为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中形成目标氮化镓层之后所得结构的截面结构示意图；图9为本专利技术一个实施例中提供的自支撑氮化镓层的制备方法中降温处理得到自支撑氮化镓层之后所得结构的截面结构示意图。附图标记说明：10衬底11第一氮化镓层12图形化镓层121氧化镓凸起颗粒122开口图形13第二氮化镓层131缓冲氮化镓层132目标氮化镓层14自支撑氮化镓层15AlN层具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供衬底；/n于所述衬底上形成第一氮化镓层；/n于预设温度下向所述第一氮化镓层提供含氧气体或含氧气体预混气，以于所述第一氮化镓层的表面形成氧化镓颗粒层，所述氧化镓颗粒层内形成有暴露出所述第一氮化镓层的开口；/n于所述开口图形内及所述氧化镓颗粒层的表面形成第二氮化镓层；/n将得到的结构进行降温处理，使得第二氮化镓层剥离以得到自支撑氮化镓层。/n

【技术特征摘要】
1.一种自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底；
于所述衬底上形成第一氮化镓层；
于预设温度下向所述第一氮化镓层提供含氧气体或含氧气体预混气，以于所述第一氮化镓层的表面形成氧化镓颗粒层，所述氧化镓颗粒层内形成有暴露出所述第一氮化镓层的开口；
于所述开口图形内及所述氧化镓颗粒层的表面形成第二氮化镓层；
将得到的结构进行降温处理，使得第二氮化镓层剥离以得到自支撑氮化镓层。


2.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于：于所述第一氮化镓层的表面形成若干个间隔分布的氧化镓凸起颗粒作为所述氧化镓颗粒层。


3.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于，于预设温度下向所述第一氮化镓层提供所述含氧气体或含氧气体预混气，以于所述第一氮化镓层的表面形成所述氧化镓颗粒层包括如下步骤：
将形成有所述第一氮化镓层的所述衬底置于反应炉内；
将所述反应炉内的温度升至所述预设温度；
向所述反应炉内通入所述含氧气体或含氧气体预混气。


4.根据权利要求3所述的自支撑氮化镓层的制备方法，其特征在于：所述含氧气体及所述含氧气体预混气在载气的带动下通入至所述反应炉内；向所述反应炉内通入所述含氧气体或所述含氧气体预混气后还包括如下步骤：
停止向所述反应炉内通入所述含氧气体或含氧气体预混气；
向所述反应炉内持续通入所述载气。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：特洛伊·乔纳森·贝克，王颖慧，罗晓菊，
申请(专利权)人：镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31