半导体结构、自支撑掺杂氮化镓层及其制备方法技术

本申请涉及一种半导体结构、自支撑掺杂氮化镓层及其制备方法，该半导体结构的制备方法包括：提供衬底；将衬底置于氢化物气相外延设备中；向氢化物气相外延设备中通入包括含氮气体及含硅混合气体，含氮气体与含硅混合气体反应，以于衬底上形成图形化掩膜层，图形化掩膜层内具有若干个孔隙；调整含硅混合气体的流量后，持续向氢化物气相外延设备中通入含硅混合气体及含氮气体；并向氢化物气相外延设备中通入氯化氢气体，以于孔隙内及图形化掩膜层远离衬底的表面形成掺杂氮化镓层。上述实施例提供的制备方法不易引入新的污染，还能够简化氢化物气相外延设备的设计。物气相外延设备的设计。物气相外延设备的设计。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、自支撑掺杂氮化镓层及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，特别是涉及一种半导体结构、自支撑掺杂氮化镓层及其制备方法。

技术介绍

[0002]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。氮化镓衬底制备困难，需要在蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等衬底上生长氮化镓材料的异质外延的方法制备氮化镓衬底，再通过剥离的方法将其从衬底上剥离得到氮化镓衬底。在利用氮化镓衬底制备发光二极管或者电力电子器件时，通常要求氮化镓衬底具有较小的电阻率。目前在氮化镓外延生长时，通过掺杂的方法来降低氮化镓衬底的电阻率。
[0003]目前将衬底剥离的方法是在衬底上形成一层图形化掩膜层，以减小衬底与外延掺杂氮化镓之间的结合力，来帮助分离。但是这层图形化掩膜层制备十分困难，需要十至三十道工序，包括匀角，坚膜，光刻，显影，去胶、镀膜、刻蚀、再去胶、多次清洗等，整个工艺流程复杂，生产效率较低，生产成本较高；同时会使用包括沉积设备、光刻设备及刻蚀设备等诸多设备，图形化掩膜层形成的过程中容易污染衬底，给后续的掺杂氮化镓外延引入污染源，从而影响掺杂氮化镓的质量。
[0004]因此，如何制备易于剥离的掺杂氮化镓衬底，是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述现有技术中的问题，提供一种半导体结构、自支撑掺杂氮化镓层及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的或其他目的，本申请根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法，包括：
[0007]提供衬底；
[0008]将所述衬底置于氢化物气相外延设备中；向所述氢化物气相外延设备中通入包括含氮气体及含硅混合气体，所述含氮气体与含硅混合气体反应，以于所述衬底上形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个孔隙；
[0009]调整所述含硅混合气体的流量后，持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述含硅混合气体及所述含氮气体；并向所述氢化物气相外延设备中通入氯化氢气体，以于所述孔隙内及所述图形化掩膜层远离所述衬底的表面形成掺杂氮化镓层。
[0010]上述实施例提供的半导体结构的制备方法，通过向氢化物气相外延设备中通入含氮气体及含硅混合气体，在衬底上形成图形化掩膜层，即使用与形成掺杂氮化镓层相同的设备，通过含氮气体及含硅混合气体的反应生长即可得到所需的图形化掩膜层无需光刻及刻蚀等工艺步骤，大大简化了工艺流程，提升了生产效率，在节约生产成本的同时，还可以
避免给后续掺杂氮化镓层生长引入新的污染，提升掺杂氮化镓层的生长质量；并且，无需启用沉积设备、光刻设备或刻蚀设备等诸多半导体设备，简化制备装置的结构设计。
[0011]同时，在衬底的表面形成具有孔隙的图形化掩膜层，有助于后续形成的掺杂氮化镓层剥离。待图形化掩膜层生长完成后，通过调整通入含硅混合气体的流量，使含氮气体与氯化镓反应生成氮化镓作为主反应，以形成掺杂氮化镓层。
[0012]此外，由于上述制备方法中包括向氢化物气相外延设备中通入含氮气体的步骤，在生长氮化镓层时无需额外的生长设备；且由于在形成图形化掩膜层的过程中用于向氢化物气相外延设备通入含硅混合气体的管路还能够在形成掺杂氮化镓层的过程中继续使用，如此，能够进一步地简化制备装置的结构设计，降低生产成本。
[0013]在其中一个实施例中，所述于所述衬底上形成图形化掩膜层之前，还包括：
[0014]于所述衬底的表面形成第一氮化物缓冲层；所述图形化掩膜层形成于所述第一氮化物缓冲层上。
[0015]在其中一个实施例中，所述于所述衬底的表面形成第一氮化物缓冲层之后，且于所述衬底上形成图形化掩膜层之前，还包括：
[0016]于所述第一氮化物缓冲层远离所述衬底的表面形成第二氮化物缓冲层；所述图形化掩膜层形成于所述第二氮化物缓冲层远离所述第一氮化物缓冲层的表面。
[0017]在其中一个实施例中，所述图形化掩膜层中，所述孔隙的孔隙率小于30％。
[0018]在上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，形成的图形化掩膜层孔隙率小于30％，即衬底被图形化掩膜层覆盖的面积大于70％，这样可以避免因图形化掩膜层的孔隙数量过多而导致后续形成的掺杂氮化镓层出现塌陷，进一步便于上述实施例形成的掺杂氮化镓层在后续工艺中剥离。
[0019]在其中一个实施例中，所述含氮气体包括氨气，所述含硅混合气体包括硅烷混合气体；于所述衬底上形成所述图形化掩膜层的过程中，所述含氮气体与所述含硅混合气体的反应温度为800℃～1100℃；所述含氮气体与所述含硅混合气体的反应时间为10s～30min；所述含氮气体的流量为1sccm～20slm；所述含硅混合气体的流量为20sccm～10slm。
[0020]在其中一个实施例中，于所述孔隙内及所述图形化掩膜层远离所述衬底的表面形成所述掺杂氮化镓层的过程中，所述含硅混合气体的流量小于等于10sccm。
[0021]在其中一个实施例中，所述氢化物气相外延设备包括镓舟区、衬底区、第一供气管路、第二供气管路及第三供气管路；
[0022]所述镓舟区与所述衬底区间隔排布，所述镓舟区放置有盛放镓的镓舟；
[0023]所述衬底位于所述衬底区；
[0024]所述第一供气管路延伸至所述衬底区，用于向所述氢化物气相外延设备中通入所述含氮气体；
[0025]所述第二供气管路延伸至所述衬底区，用于向所述氢化物气相外延设备中通入所述含硅混合气体；
[0026]所述第三供气管路延伸至所述镓舟区，用于向所述氢化物气相外延设备中通入所述氯化氢气体。
[0027]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种半导体结构，所述半导体结构采用如前述任一项实施例中提供的半导体结构的制备方法制备而得到。
[0028]上述实施例提供的半导体结构采用如前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备而得到，因此，前述半导体结构的制备方法所能实现的技术效果，本实施例提供的半导体结构也均能实现，此处不再详述。
[0029]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑掺杂氮化镓层的制备方法，包括：
[0030]采用如前述任一实施例中提供的半导体结构的制备方法制备所述半导体结构；
[0031]将所述半导体结构进行降温处理，使得所述N型掺杂氮化镓层自动剥离，以得到自支撑掺杂氮化镓层。
[0032]上述实施例提供的自支撑掺杂氮化镓层的制备方法中，采用前述任一实施例提供的半导体结构的制备方法制备半导体结构，因此，前述半导体结构的制备方法所能实现的技术效果，本实施例提供的自支撑掺杂氮化镓层的制备方法也均能实现，此处不再详述；通过降温处理，N型掺杂氮化镓层能够由于与衬底之间的热失配，而被自动剥离下来。
[0033]基于同样的专利技术构思，本申请还根据一些实施例，提供一种自支撑掺杂氮化镓层，所述自支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；将所述衬底置于氢化物气相外延设备中；向所述氢化物气相外延设备中通入包括含氮气体及含硅混合气体，所述含氮气体与含硅混合气体反应，以于所述衬底上形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个孔隙；调整所述含硅混合气体的流量后，持续向所述氢化物气相外延设备中通入所述含硅混合气体及所述含氮气体；并向所述氢化物气相外延设备中通入氯化氢气体，以于所述孔隙内及所述图形化掩膜层远离所述衬底的表面形成掺杂氮化镓层。2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述于所述衬底上形成图形化掩膜层之前，还包括：于所述衬底的表面形成第一氮化物缓冲层；所述图形化掩膜层形成于所述第一氮化物缓冲层上。3.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述于所述衬底的表面形成第一氮化物缓冲层之后，且于所述衬底上形成图形化掩膜层之前，还包括：于所述第一氮化物缓冲层远离所述衬底的表面形成第二氮化物缓冲层；所述图形化掩膜层形成于所述第二氮化物缓冲层远离所述第一氮化物缓冲层的表面。4.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述图形化掩膜层中，所述孔隙的孔隙率小于30％。5.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述含氮气体包括氨气，所述含硅混合气体包括硅烷混合气体；于所述衬底上形成所述图形化掩膜层的过程中，所述含氮气体与所述含硅混合气体的反应温度为800℃～1100℃；所述含氮气体与所述含硅混合气...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓菊，王颖慧，唐金凤，
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：