一种氮化镓器件的制备方法及氮化镓器件技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓器件的制备方法及氮化镓器件，方法包括：在碳化硅衬底的上表面进行氢离子注入以在所述碳化硅衬底中形成离子损失层；对形成了所述离子损伤层的所述碳化硅衬底进行热退火处理，并进行清洗；在清洗结束后，在所述碳化硅衬底的上表面进行氮化镓结构层的生长；在所述氮化镓结构层的上表面生长应力导入层；对生长了所述氮化镓结构层和所述应力导入层的所述碳化硅衬底进行快速热退火处理以使所述氮化镓结构层和所述碳化硅衬底在所述离子损伤层进行分离以形成氮化镓器件。通过本发明专利技术的方案，降低了氮化镓结构层剥离的工艺难度，并且通过对剥离后的碳化硅衬底进行表面抛光处理后，可实现碳化硅衬底的重复利用，降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓器件的制备方法及氮化镓器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种氮化镓器件的制备方法及氮化镓器件。

技术介绍

[0002]氮化镓材料具备禁带宽度大、电子饱和速率高、临界击穿电场高和抗辐射能力强等优异特征，因此，基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管，被广泛应用于新一代高功率、高频率的固态微波功率器件制造。理论上，氮化镓高电子迁移率晶体管具备优异的功率输出能力，但目前报道的常规氮化镓基微波功率器件的输出功率密度仅能达到5W/mm。研究表明，氮化镓基微波功率器件的实际输出能力主要受限于自热效应。
[0003]碳化硅具有较高的热导率，约是蓝宝石的10倍，采用高热导率碳化硅作为高频、大功率氮化镓基器件的衬底或热沉，对于降低氮化镓基大功率器件的自加热效应，解决随总功率增加、频率提高出现的功率密度迅速下降问题将是很好的方案之一。另一方面，碳化硅衬底与氮化镓的晶格失配相对较小，可以有效提高生长的氮化镓材料的晶体质量。但是半绝缘碳化硅衬底相的价格昂贵，通过剥离技术移除碳化硅衬底上氮化镓异质结构的原始衬底，再将氮化镓异质结构转移至其他成本相对较低的高热导率的目标衬底上，可实现碳化硅衬底的重复利用，克服碳化硅衬底成本高的问题。
[0004]半导体剥离技术通常包括激光剥离(Laser Lift
‑
Off,LLO)、智能剥离(Smart
‑
Cut)、可控剥离(Controlled Spalling)和外延层剥离(Epitaxial Lift
‑
Off,ELO)等。激光剥离通常用于剥离蓝宝石衬底上的氮化镓薄膜，由于工艺过程需要用到准分子激光，因此，工艺较为复杂，成本较高。智能剥离技术利用离子注入在施主晶圆下方产生离子损伤层；然后，受主晶圆与施主晶圆结合，最后，通过应力调控技术在离子损伤层处实现薄膜分离，智能剥离最成熟的应用是制备绝缘体上硅晶片。智能剥离中薄膜转移的成功与否的关键，取决于施主与受主晶圆的键合质量，因此，智能剥离对晶圆键合提出了很高的要求。外延层剥离通过在外延材料下方生长一定厚度的牺牲层，然后，采用刻蚀技术去除牺牲层材料，实现原始衬底的移除，但是牺牲层的引入会影响外延材料性能，进而影响器件的电学特性。可控剥离技术通过在薄膜中引入应力诱导层，通过调控应力诱导层的应力状态，实现基底上的薄膜剥离。可控剥离技术无需引入牺牲层材料，工艺相对简单，易于操作，可控剥落不仅可以从基材上剥离薄膜材料，同时也可从蓝宝石中上剥离氮化镓发光二极管结构或从SOI晶圆上剥离带有IC电路的薄膜，具有广泛的应用场景。
[0005]在对比专利CN107326435A中，通过注入氧离子，可在碳化硅表层下形成氧层及氧化硅层，同时反应生产气泡层，随后进行GaN单晶生长，最后沿着气泡层进行激光扫描，在注入处实现分离。但是，氧元素相对原子质量较氢原子大的多，离子注入射程短，导致碳化硅的氧离子注入主要发生在表面处，此时，表面气泡现象严重，会对氮化镓的晶体质量产生严重的影响。即使采用氧化硅保护层能避免表面损失，但是，此时引入的氧化硅也会影响氮化镓的晶体质量。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种氮化镓器件的制备方法及氮化镓器件，通过在碳化硅衬底中注入氢离子，形成离子损失层，氢离子注入后的碳化硅衬底表面无损失，不影响后续氮化镓结构材料的生长，并且在离子损伤层可实现氮化镓器件从碳化硅衬底上的剥离；剥离碳化硅衬底的氮化镓器还可以移植到其他高热导率衬底上，实现氮化镓器件的完美转移，降低了氮化镓功能层的剥离工艺难度，提高氮化镓器件异质集成的灵活性，拓展氮化镓器件的应用范围；此外，对剥离后的碳化硅衬底进行表面抛光处理，可实现碳化硅衬底的重复利用，降低成本。
[0007]基于上述目的，本专利技术实施例的一方面提供了一种氮化镓器件的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]在碳化硅衬底的上表面进行氢离子注入以在所述碳化硅衬底中形成离子损失层；
[0009]对形成了所述离子损伤层的所述碳化硅衬底进行热退火处理，并进行清洗；
[0010]在清洗结束后，在所述碳化硅衬底的上表面进行氮化镓结构层的生长；
[0011]在所述氮化镓结构层的上表面生长应力导入层；
[0012]对生长了所述氮化镓结构层和所述应力导入层的所述碳化硅衬底进行快速热退火处理以使所述氮化镓结构层和所述碳化硅衬底在所述离子损伤层进行分离以形成氮化镓器件。
[0013]在一些实施方式中，所述氮化镓结构层的生长过程包括：
[0014]在所述碳化硅衬底的上表面形成成核层；
[0015]在所述成核层的上表面形成高阻层；
[0016]在所述高阻层的上表面形成高迁移率层；
[0017]在所述高迁移率层的上表面形成势垒层；以及
[0018]在所述势垒层的上表面形成盖帽层。
[0019]在一些实施方式中，所述成核层的材料为氮化铝，所述高阻层的材料为氮化镓，所述高迁移率层的材料为氮化镓，所述势垒层的材料为铝镓氮，所述盖帽层的材料为氮化镓层。
[0020]在一些实施方式中，在所述碳化硅衬底的上表面形成厚度在50纳米到100纳米范围内的成核层。
[0021]在一些实施方式中，在所述成核层的上表面形成厚度在1微米到3微米范围内的高阻层。
[0022]在一些实施方式中，在所述高阻层的上表面形成厚度在10纳米到100纳米范围内的高迁移率层。
[0023]在一些实施方式中，在所述高迁移率层的上表面形成厚度在10纳米到30纳米范围内的势垒层。
[0024]在一些实施方式中，在所述势垒层的上表面形成厚度在1纳米到5纳米范围内的盖帽层。
[0025]在一些实施方式中，所述氮化镓结构层的生长过程，进一步包括：在所述高迁移率层和所述势垒层的中间形成插入层。
[0026]本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种氮化镓器件，使用如下所述的方法制备
而成：
[0027]在碳化硅衬底的上表面进行氢离子注入以在所述碳化硅衬底中形成离子损失层；
[0028]对形成了所述离子损伤层的所述碳化硅衬底进行热退火处理，并进行清洗；
[0029]在清洗结束后，在所述碳化硅衬底的上表面进行氮化镓结构层的生长；
[0030]在所述氮化镓结构层的上表面生长应力导入层；
[0031]对生长了所述氮化镓结构层和所述应力导入层的所述碳化硅衬底进行快速热退火处理以使所述氮化镓结构层和所述碳化硅衬底在所述离子损伤层进行分离以形成氮化镓器件。
[0032]在一些实施方式中，所述氮化镓结构层的生长过程包括：
[0033]在所述碳化硅衬底的上表面形成成核层；
[0034]在所述成核层的上表面形成高阻层；
[0035]在所述高阻层的上表面形成高迁移率层；
[0036]在所述高迁移率层的上表面形成势垒层；以及
[0037]在所述势垒层的上表面形成盖帽层。
[0038]在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在碳化硅衬底的上表面进行氢离子注入以在所述碳化硅衬底中形成离子损失层；对形成了所述离子损伤层的所述碳化硅衬底进行热退火处理，并进行清洗；在清洗结束后，在所述碳化硅衬底的上表面进行氮化镓结构层的生长；在所述氮化镓结构层的上表面生长应力导入层；对生长了所述氮化镓结构层和所述应力导入层的所述碳化硅衬底进行快速热退火处理以使所述氮化镓结构层和所述碳化硅衬底在所述离子损伤层进行分离以形成氮化镓器件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化镓结构层的生长过程包括：在所述碳化硅衬底的上表面形成成核层；在所述成核层的上表面形成高阻层；在所述高阻层的上表面形成高迁移率层；在所述高迁移率层的上表面形成势垒层；以及在所述势垒层的上表面形成盖帽层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成核层的材料为氮化铝，所述高阻层的材料为氮化镓，所述高迁移率层的材料为氮化镓，所述势垒层...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭芬，苏康，李拓，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：