自支撑氮化镓层及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种自支撑氮化镓层的制作方法，包括：提供支撑衬底；在支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；在氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，图形化掩膜层内形成有若干个开口，开口暴露出氮化物缓冲层；于开口内及图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：至少于开口内形成第一氮化镓层，第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；于第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；将所得结构进行降温处理，以得到自支撑氮化镓层。本发明专利技术中掺杂的第一氮化镓层改变晶格取向倾向于横向生长，利于相邻开口内第一氮化镓层在图形化掩膜层弥合成片状，使得后续氮化镓层更容易剥离，提高了自支撑氮化镓层的结晶质量。

Self supported gallium nitride layer and its fabrication

【技术实现步骤摘要】
自支撑氮化镓层及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及氮化镓外延单晶衬底的制作方法。
技术介绍
与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。由于缺乏同质衬底，氮化镓、氮化铝等半导体长期以来是在蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等异质衬底上生长的，而氮化镓、氮化铝等半导体与异质衬底之间存在着较大的晶格失配和热膨胀系数的失配，使得外延晶体产生了大量的位错和微裂纹，这些严重影响了晶体的质量，进而影响了氮化镓、氮化铝等半导体基器件的性能，所以氮化镓、氮化铝等半导体同质衬底的获得就成为解决晶体质量和提高器件性能有效途径。HVPE法(HydrideVaporPhaseEpitaxy,氢化物气相外延法)以较高的生长速率和较低的设备成本成为量产氮化物衬底的优选方法，采用HVPE法在异质衬底上生长厚度超过200微米的氮化物，然后将异质衬底去掉，就得到自支撑氮化物衬底。但由于该氮化物层仍是在异质衬底上生长，再加上部分产品生长过程中引入掺杂，使得质量较差，产品性能难以满足要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术中存在的上述问题，提供一种自支撑氮化镓层及其制作方法。一种自支撑氮化镓层的制作方法，包括：提供支撑衬底；在所述支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；在所述氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有若干个开口，所述开口暴露出所述氮化物缓冲层；于所述开口内及所述图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：至少于所述开口内形成第一氮化镓层，所述第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；于所述第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，所述第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；将所得结构进行降温处理。上述实施例的自支撑氮化镓层的制作方法中，第一氮化镓层先填充在图形化掩膜层的开口中并与开口底部暴露出的氮化物缓冲层接触，然后沿着开口向上生长，图形化掩膜层表面氮化镓不能或难以在其上生长，当生长的第一氮化镓层厚度超过图形化掩膜层厚度时，相邻开口内的第一氮化镓层边缘开始弥合并形成片状，由第一氮化镓层为N型掺杂层或半绝缘掺杂层，掺杂可以改变原本的晶格结构可以改善与氮化物缓冲层的接触，减少界面位错、缺陷，在开口内进行生长时对开口进行充分填充，开口填充结束后，掺杂的第一氮化镓层改变晶格取向倾向于横向生长，利于相邻开口内第一氮化镓层在图形化掩膜层弥合成片状，使得后续氮化镓层更容易剥离，提高了自支撑氮化镓层的结晶质量。在其中一个实施例中，于所述衬底的表面形成所述氮化物缓冲层包括如下步骤：于所述衬底的表面形成至少一层MgxInyGazAlwN层作为所述氮化物缓冲层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1且x+y+z+w＝1。在其中一个实施例中，所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层均为采用碳或铁元素掺杂的半绝缘掺杂层，所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层中碳或铁元素的掺杂浓度均大于4E+16atom/cm3。在其中一个实施例中，对所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层进行碳掺杂的掺杂源包括含碳气体或者含碳气体的混合气，含碳气体为CnH2n+2,n＝1～10的整数；对所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层进行铁元素掺杂的掺杂物质包括纯度在5N以上的铁单质或有机铁源，所述有机铁源包括二茂铁及羧基铁中的至少一种。在其中一个实施例中，所述第一氮化镓层为采用硅掺杂的N型掺杂层，且所述第一氮化镓层中硅的掺杂浓度大于等于1E+16atom/cm3。在其中一个实施例中，对所述第一氮化镓层进行N型掺杂的掺杂物质包括含硅气体或者含硅混合气体，含硅气体为硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷中的一种或几种，含硅混合气体为含硅气体与不与之反应的其他气体的预混气，预混气中其他气体为氢气、氮气、氦气、氩气、氯化氢中的一种或几种。在其中一个实施例中，形成所述第一氮化镓层的过程中，所述第一氮化镓层的生长速率逐渐增大，形成所述第二氮化镓层的过程中，所述第二氮化镓层的生长速率保持不变或者逐渐增大。在其中一个实施例中，形成所述第一氮化镓层之后且形成所述第二氮化镓层之前，还包括于所述第一氮化镓层的表面形成第三氮化镓层的步骤，所述第二氮化镓层形成于所述第三氮化镓层的表面，所述第三氮化镓层的平均生长速率大于所述第一氮化镓层的平均生长速率且小于所述第二氮化镓层的平均生长速率，所述第三氮化镓层的生长速率逐渐增大。在其中一个实施例中，所述第三氮化镓层的最小生长速率等于形成所述第一氮化镓层过程中的最终生长速率，所述第三氮化镓层的最大生长速率等于形成所述第二氮化镓层过程中的初始生长速率。在其中一个实施例中，所述第三氮化镓层为掺杂氮化镓层，且所述第三氮化镓层的掺杂浓度介于所述第一氮化镓层的掺杂浓度与所述第二氮化镓层的掺杂浓度之间。在其中一个实施例中，形成所述第二氮化镓层的过程中持续通入半绝缘掺杂物质，以使得整个所述第二氮化镓层均为半绝缘掺杂层，或形成所述第二氮化镓层的过程中选择性通入所述半绝缘掺杂物质，以使得所述第二氮化镓层自表面沿厚度方向的一个或多个厚度处为半绝缘掺杂区域。本专利技术还提供一种自支撑氮化镓层，所述自支撑氮化镓层采用如上述任一防范中所述的自支撑氮化镓层的制作方法制作而得到。附图说明图1为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法的流程图。图2为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中的步骤S10所得结构的截面结构示意图。图3为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中步骤S11所得结构的截面结构示意图。图4为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中步骤S12所得结构的截面结构示意图。图5为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中步骤S12所得结构的俯视结构示意图。图6为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中步骤S13所得结构的截面结构示意图。图7为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中另一个示例的步骤S13所得结构的截面结构示意图。图8为本专利技术提供的自支撑氮化镓层的制作方法中另一个示例的步骤S14所得结构的截面结构示意图。元件标号说明10支撑衬底11氮化物缓冲层12图形化掩膜层13氮化镓层131第一氮化镓层132第二氮化镓层133第三氮化镓层14自支撑氮化镓层S10～S14步骤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。请参阅图1至图7。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，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作方法，其特征在于，所述自支撑氮化镓层的制作方法包括：/n提供支撑衬底；/n在所述支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；/n在所述氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有若干个开口，所述开口暴露出所述氮化物缓冲层；/n于所述开口内及所述图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：/n至少于所述开口内形成第一氮化镓层，所述第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；/n于所述第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，所述第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；/n将所得结构进行降温处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，所述自支撑氮化镓层的制作方法包括：
提供支撑衬底；
在所述支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；
在所述氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有若干个开口，所述开口暴露出所述氮化物缓冲层；
于所述开口内及所述图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：
至少于所述开口内形成第一氮化镓层，所述第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；
于所述第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，所述第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；
将所得结构进行降温处理。


2.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，于所述衬底的表面形成所述氮化物缓冲层包括如下步骤：
于所述衬底的表面形成至少一层MgxInyGazAlwN层作为所述氮化物缓冲层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1且x+y+z+w＝1。


3.根据权利要求1或2所述的自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层均为采用碳或铁元素掺杂的半绝缘掺杂层，所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层中碳或铁元素的掺杂浓度均大于4E+16atom/cm3。


4.根据权利要求3所述的自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，对所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层进行碳掺杂的掺杂源包括含碳气体或者含碳气体的混合气，含碳气体为CnH2n+2,n＝1～10的整数；对所述第一氮化镓层及所述第二氮化镓层进行铁元素掺杂的掺杂物质包括纯度在5N以上的铁单质或有机铁源，所述有机铁源包括二茂铁及羧基铁中的至少一种。


5.根据权利要求1或2所述的自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，所述第一氮化镓层为采用硅掺杂的N型掺杂层，且所述第一氮化镓层中硅的掺杂浓度大于等于1E+16atom/cm3。


6.根据权利要求5所述的自支撑氮化镓层的制作方法，其特征在于，对所述第一氮化镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁锁，王颖慧，特洛伊·乔纳森·贝克，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