n型氮化镓自支撑衬底的制作方法技术

本发明专利技术提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，包括：在蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层及非掺杂氮化镓层；剥离蓝宝石衬底，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；4)去除非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；在非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；去除n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；对n型厚氮化镓自支撑衬底进行研磨抛光，获得n型氮化镓自支撑衬底。本发明专利技术的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，在n型厚氮化镓自支撑衬底具有不同程度翘曲的情况下，可以将n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层完全去除，得到n型氮化镓自支撑衬底。

Fabrication of n-type gallium nitride self-supporting substrate

【技术实现步骤摘要】
n型氮化镓自支撑衬底的制作方法
本专利技术属于半导体材料制造领域，特别是涉及一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法。
技术介绍
二十世纪末，为了实现高频、高效率及大功率等优异性能电子电力器件的制备，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料加快了发展进程。氮化镓(GaN)由于其优异性能，可应用于制备高功率高频器件等其它特殊条件下工作的半导体器件而得到广泛研究与应用。GaN外延层的晶体质量是实现高性能GaN基器件的根本保障。而采用GaN单晶衬底实现同质外延是提高GaN外延层晶体质量与GaN基器件的主要途径。目前，蓝绿光激光二极管以及垂直结构氮化镓功率电子器件需要n型氮化镓自支撑衬底。当前的制备方法是先外延生长非掺杂的氮化镓厚膜，然后通过激光剥离方法去除衬底，接着在非掺杂的氮化镓厚膜上同质外延n型氮化镓厚膜，最后通过研磨抛光方法将非掺杂厚膜层去除，从而得到n型氮化镓自支撑衬底。在以上工艺方法中，在起始阶段生长非掺杂的氮化镓厚膜，是因为在起始阶段生长n型氮化镓厚膜层良率低下，难以保证不裂片。这来源于掺杂原子(Si或Ge)的引入导致的膜层内应力的改变。另外，研磨抛光工序因为自支撑衬底存在着翘曲，为了保证所得衬底的厚度，难以完全去除非掺杂层。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，用于解决现有技术中非掺杂层去除不完整的问题，提升整体的制作良率。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，所述制作方法包括步骤：1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层；2)在所述氮化镓模板层上外延生长非掺杂氮化镓层；3)利用激光剥离工艺使所述蓝宝石衬底与所述氮化镓模板层分离，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；4)去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；5)在所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；6)去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；7)对所述n型厚氮化镓自支撑衬底进行抛光，以获得n型氮化镓自支撑衬底。可选地，步骤1)利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺沉积所述氮化镓模板层，所述氮化镓模板层的厚度介于2微米-10微米之间。可选地，步骤2)采用氢化物气相外延(HVPE)工艺于所述氮化镓模板层上进行外延生长，形成所述非掺杂氮化镓层，所述非掺杂氮化镓层的厚度介于100微米-450微米之间。可选地，步骤4)采用物理方法或者化学方法去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间，步骤6)采用物理方法或者化学方法去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂薄氮化镓自支撑衬底，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间。可选地，步骤4)及步骤6)去除所述底层部分的去除速率介于20微米/小时-100微米/小时之间。可选地，步骤4)及步骤6)所述的物理方法包括激光烧蚀去除及等离子刻蚀中的一种，所述化学方法包括磷酸腐蚀及碱腐蚀中的一种。可选地，所述激光烧蚀所用激光器包括气体激光器、固体激光器及半导体激光器中的一种。可选地，所述激光器功率为0.1-15W。可选地，所述等离子刻蚀选用的刻蚀气体包括Cl2及BCl3。可选地，在进行所述化学方法去除所述底层部分前，还包括在所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底或n型厚氮化镓自支撑衬底的上表面形成腐蚀保护层的步骤。可选地，步骤5)采用氢化物气相外延工艺于所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上进行外延生长，形成所述n型氮化镓层，所述n型氮化镓层的厚度介于400微米-1000微米之间。可选地，步骤7)采用研磨抛光设备对所述n型厚氮化镓自支撑衬底进行多次抛光，然后进行切边及倒角处理，以获所述n型氮化镓自支撑衬底，所述n型氮化镓自支撑衬底的厚度范围介于300微米-1000微米之间。如上所述，本专利技术的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，具有以下有益效果：本专利技术的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，在n型厚氮化镓自支撑衬底具有不同程度翘曲的情况下，可以将n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层完全去除，得到n型氮化镓自支撑衬底。本专利技术通过配置各步骤中的外延厚度及去除厚度，制造出适用于工业生产的n型氮化镓自支撑衬底，在半导体材料及器件制造领域具有广泛的应用前景。附图说明图1～图8显示为本专利技术的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法各步骤所呈现的结构示意图。元件标号说明101蓝宝石衬底102氮化镓模板层103非掺杂氮化镓层1031底层部分1032顶层部分104n型氮化镓层201耐酸光刻胶301耐碱光刻胶具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。在n型氮化镓的外延生长过程中，外延薄膜中存在着应力，该应力主要是晶格失配应力和热失配应力。晶格失配应力主要由蓝宝石衬底和氮化镓晶体晶格常数不匹配以及掺杂原子的引入导致的晶格畸变造成的；热失配应力主要是由于两者热胀系数不同，而氮化镓外延片又是在800℃以上的高温状态下生长的，生长完毕降温后，两者的晶格收缩比例有很大不同，因此造成了彼此之间的晶格互相牵制。为了减少应力的影响，n型氮化镓的外延生长的起始阶段，生长的是非掺杂氮化镓厚膜层，最后通过研磨抛光去除该非掺杂氮化镓厚膜层。但是，研磨抛光前的n型氮化镓自支撑衬底在应力作用下会有不同程度的翘曲，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：/n1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层；/n2)在所述氮化镓模板层上外延生长非掺杂氮化镓层；/n3)利用激光剥离工艺使所述蓝宝石衬底与所述氮化镓模板层分离，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；/n4)去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；/n5)在所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；/n6)去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；/n7)对所述n型厚氮化镓自支撑衬底进行研磨抛光，以获得n型氮化镓自支撑衬底。/n

【技术特征摘要】
1.一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：
1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层；
2)在所述氮化镓模板层上外延生长非掺杂氮化镓层；
3)利用激光剥离工艺使所述蓝宝石衬底与所述氮化镓模板层分离，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；
4)去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；
5)在所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；
6)去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；
7)对所述n型厚氮化镓自支撑衬底进行研磨抛光，以获得n型氮化镓自支撑衬底。


2.根据权利要求1所述的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其特征在于：步骤1)利用金属有机物化学气相沉积工艺沉积所述氮化镓模板层，所述氮化镓模板层的厚度介于2微米-10微米之间。


3.根据权利要求1所述的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其特征在于：步骤2)采用氢化物气相外延工艺于所述氮化镓模板层上进行外延生长，形成所述非掺杂氮化镓层，所述非掺杂氮化镓层的厚度介于100微米-450微米之间。


4.根据权利要求3所述的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其特征在于：步骤4)采用物理方法或者化学方法去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间，步骤6)采用物理方法或者化学方法去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间。


5.根据权利要,4所述的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢敬权，何进密，任俊杰，
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