单晶衬底的制备方法技术

本发明专利技术提供一种单晶衬底的制备方法，包括步骤：1)提供一衬底，于衬底表面形成多孔结构；2)沉积阻挡层，阻挡层覆盖于多孔结构的顶面和多孔结构的内表面；3)去除多孔结构顶面的阻挡层，以显露多孔结构的顶面；4)于多孔结构上进行单晶层的外延生长并分离衬底，其中，单晶层自多孔结构的顶面开始生长，且阻挡层用于抑制单晶层在多孔结构的内表面的生长。本发明专利技术通过应用多孔结构，使外延生长的单晶层可以通过该多孔结构与衬底形成弱连接，从而使得单晶层与衬底具有更高的分离良率。衬底具有更高的分离良率。衬底具有更高的分离良率。

【技术实现步骤摘要】
单晶衬底的制备方法


[0001]本专利技术属于氮化镓衬底制造领域，特别是涉及一种单晶衬底的制备方法。

技术介绍

[0002]以氮化镓(GaN)及其合金为代表的第三代半导体材料是近十几年来国际上倍受重视的新型半导体材料，它具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、导热性能好、结构稳定等诸多优异性能，在光电子和微电子
都具有巨大的应用前景。光电子领域中，由于III族氮化物的禁带宽度在0.7
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6.2eV范围内连续可调，覆盖了从红光到紫外的波段，可制作绿色、蓝色乃至紫外波段发光器件以及白光照明。此外，最近兴起的紫外光LED在丝网印刷、聚合物固化、环境保护也显示了特殊的用途，极大的激发了研究人员的研究兴趣。GaN激光器在信息存储领域也大有作为，还可应用在医疗诊断、海底探潜和通讯等各个方面。
[0003]GaN体单晶的制备比较困难，难以得到大尺寸和质量比较好的GaN体单晶衬底，所以GaN的外延生长通常是以异质外延的方式进行的。但理论和实验都表明，采用GaN作衬底同质外延器件时，器件性能将得到大幅度提高。因此制造自支撑GaN体单晶衬底成为人们关注的焦点。
[0004]目前大面积的GaN自支撑衬底通常都是通过在异质衬底上气相生长GaN厚膜，然后将原异质衬底分离后得到的。其中蓝宝石衬底是最常用的衬底。为了得到自支撑衬底，必须将蓝宝石衬底去除。蓝宝石质地坚硬，化学性质稳定，因此很难通过化学腐蚀或机械打磨的方法去除。目前常使用激光剥离的方法将GaN和蓝宝石衬底分离。但是激光剥离技术成本昂贵；并且在激光剥离的过程中，界面处GaN高温分解后产生的高压气体容易对制备的GaN体单晶自支撑衬底造成损伤，轻则在GaN体单晶自支撑衬底上产生大量的位错和微裂纹从而影响以后器件的质量，重则使GaN体单晶自支撑衬底完全碎裂从而大大降低成品率。
[0005]总的来说，异质材料外延进行外延生长时，由于晶格失配和热失配，会造成异质外延氮化镓厚度受限，同时解离氮化镓单晶的工艺难度较大，在大尺寸蓝宝石/氮化镓厚膜复合衬底(HVPE一次外延片)上表现尤其明显。
[0006]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0007]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单晶衬底的制备方法，用于解决现有技术中异质外延氮化镓单晶的厚度受限或/及解离氮化镓单晶的工艺难度较大的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种单晶衬底的制备方法，所述制备方法包括步骤：1)提供一衬底，于所述衬底表面形成多孔结构；2)沉积阻挡层，所述阻挡
层覆盖于所述多孔结构的顶面和所述多孔结构的内表面；3)去除所述多孔结构顶面的所述阻挡层，以显露所述多孔结构的顶面；4)于所述多孔结构上进行单晶层的外延生长并分离所述衬底，其中，所述单晶层自所述多孔结构的顶面开始生长，且所述阻挡层用于抑制单晶层在所述多孔结构的内表面的生长。
[0009]可选地，所述多孔结构的各孔洞的孔径为纳米级，相邻两孔洞的间隔为纳米级。
[0010]可选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述多孔结构包括氮化镓多孔层，所述氮化镓多孔层的制备包括步骤：通过化学气相沉积工艺于所述蓝宝石衬底上形成n型氮化镓层；通过电化学腐蚀工艺在所述n型氮化镓层形成多个孔洞，以形成所述氮化镓多孔层。
[0011]可选地，所述氮化镓多孔层中的各孔洞为穿透所述氮化镓多孔层，使得所述氮化镓多孔层与所述蓝宝石衬底为弱连接，以利于后续的分离。
[0012]可选地，分离所述衬底的工艺为自分离或激光剥离，其中，所述自分离包括：当所述单晶层在外延生长至自分离厚度时，所述氮化镓多孔结构与所述蓝宝石衬底的弱连接断裂而发生自分离现象；所述激光剥离包括：当所述单晶层在外延生长至预设厚度后，通过激光剥离工艺使所述氮化镓多孔结构与所述蓝宝石衬底分离。
[0013]可选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述多孔结构包括基于所述蓝宝石衬底表层形成的多孔蓝宝石层。
[0014]可选地，所述多孔蓝宝石层的顶面还包括沉积缓冲层，所述沉积缓冲层包括低温氮化镓层。
[0015]可选地，分离所述衬底的工艺为自分离或激光剥离，其中，所述自分离包括：当所述单晶层在外延生长至自分离厚度时，所述单晶层与所述多孔蓝宝石层发生自分离现象；所述激光剥离包括：当所述单晶层在外延生长至预设厚度后，通过激光剥离工艺使所述单晶层与所述多孔蓝宝石层分离。
[0016]可选地，通过气相沉积工艺形成所述阻挡层，所述阻挡层包括氮化硅、氧化硅及石墨烯中的一种，所述气相沉积工艺包括原子层沉积工艺。
[0017]可选地，所述单晶层为氮化镓单晶，基于氮化镓在所述多孔结构的顶面的纵向(三维)外延生长，在各所述孔洞上方的所述氮化镓单晶中形成空隙，同时基于所述氮化镓的横向(二维)生长，所述孔洞结构的宽度逐渐变小并使所述氮化镓在所述空隙上方合并为完整的氮化镓单晶，该外延生长方式同时有利于降低所述氮化镓单晶的位错密度。
[0018]可选地，还包括步骤5)，对所述单晶层进行外延生长以形成目标厚度的单晶层。
[0019]可选地，还包括步骤6)，对所述单晶层的两面进行抛光及倒角，以获得开盒即用Epi
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ready级别的单晶层表面。
[0020]如上所述，本专利技术的单晶衬底的制备方法，具有以下有益效果：
[0021]本专利技术通过应用多孔结构，使外延生长的单晶层可以通过该多孔结构与衬底形成弱连接，从而使得单晶层与衬底具有更高的分离良率。
[0022]本专利技术通过在孔洞内沉积阻挡层，使得外延生长过程中各孔洞保持为空隙，大大减小了单晶层与衬底之间的连接面积，使得单晶层与衬底之间的分离更加容易，后续可以通过研磨抛光使得多孔结构表面平整，形成开盒即用Epi
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ready级别的单晶层表面。
[0023]本专利技术通过单晶层的二维和三维的外延生长，可以获得质量较高的单晶层，并可在与衬底分离后再进行外延加厚，从而可以克服单晶层与衬底之间的异质外延造成单晶层
厚度的限制，获得高质量且具有目标厚度的单晶衬底。
附图说明
[0024]所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0025]图1～图7显示为本专利技术实施例1的单晶衬底的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0026]图8～图12显示为本专利技术实施例2的单晶衬底的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]101
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衬底
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：1)提供一衬底，于所述衬底表面形成多孔结构；2)沉积阻挡层，所述阻挡层覆盖于所述多孔结构的顶面和所述多孔结构的内表面；3)去除所述多孔结构顶面的所述阻挡层，以显露所述多孔结构的顶面；4)于所述多孔结构上进行单晶层的外延生长并分离所述衬底，其中，所述单晶层自所述多孔结构的顶面开始生长，且所述阻挡层用于抑制单晶层在所述多孔结构的内表面的生长。2.根据权利要求1所述的单晶衬底的制备方法，其特征在于：所述多孔结构的各孔洞的孔径为纳米级，相邻两孔洞的间隔为纳米级。3.根据权利要求1所述的单晶衬底的制备方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底，所述多孔结构包括氮化镓多孔层，所述氮化镓多孔层的制备包括步骤：通过化学气相沉积工艺于所述蓝宝石衬底上形成n型氮化镓层；通过电化学腐蚀工艺在所述n型氮化镓层形成多个孔洞，以形成所述氮化镓多孔层。4.根据权利要求3所述的单晶衬底的制备方法，其特征在于：所述氮化镓多孔层中的各孔洞为穿透所述氮化镓多孔层，使得所述氮化镓多孔层与所述蓝宝石衬底为弱连接，以利于后续的分离。5.根据权利要求4所述的单晶衬底的制备方法，其特征在于：分离所述衬底的工艺为自分离或激光剥离，其中，所述自分离包括：当所述单晶层在外延生长至自分离厚度时，所述氮化镓多孔结构与所述蓝宝石衬底的弱连接断裂而发生自分离现象；所述激光剥离包...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢敬权，
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：