单晶自支撑衬底的制作方法技术

本发明专利技术提供一种单晶自支撑衬底的制作方法，制作方法包括：1)提供一衬底；2)使用HVPE设备，在衬底上生长β

【技术实现步骤摘要】
单晶自支撑衬底的制作方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种单晶自支撑衬底的制作方法。

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体单晶GaN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自支撑衬底造成损伤，轻则在GaN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自支撑衬底完全碎裂从而大大降低成品率。另一种分离工艺为应力诱导自分离，但因外延层应力情况复杂，难以均一，分离点存在较大的不确定性，良率低下。
[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自支撑衬底的制作方法，用于解决现有技术中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自支撑衬底的制作方法，所述制作方法包括：1)提供一衬底；2)使用HVPE设备，在所述衬底上生长β
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Ga2O3缓冲层；3)使用所述HVPE设备，在不含氢气的氮气气氛下，在所述缓冲层上生长GaN外延层；4)使用所述HVPE设备，通入含氢气的气体，在分解温度下使β
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Ga2O3缓冲层完全分解，实现GaN外延层与所述衬底分离；5)使用所述HVPE设备进行GaN外延，使所述GaN外延层的厚度增加至目标厚度，以获得单晶自支撑衬底。
[0009]可选地，所述衬底为c面蓝宝石衬底，所述β
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Ga2O3缓冲层为(
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201)面β
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Ga2O3缓冲层。
[0010]可选地，所述β
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Ga2O3缓冲层厚度为10纳米～10微米。
[0011]可选地，步骤3)在所述缓冲层上生长GaN外延层的温度为1000℃以上，所述GaN外延层的厚度为50微米～150微米。
[0012]可选地，步骤4)包括：将HVPE设备的温度设置为890℃以上，通入氢气和含氮气体，使β
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Ga2O3缓冲层完全分解，实现GaN外延层与所述衬底分离，其中，所述β
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Ga2O3缓冲层分解的产物全为气态。
[0013]可选地，步骤4)包括：将HVPE设备的温度降至600℃～890℃，通入氢气和含氮气体，使β
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Ga2O3缓冲层完全分解，实现GaN外延层与所述衬底分离，其中，所述β
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Ga2O3缓冲层分解的产物包括液态镓。
[0014]可选地，所述氢气和含氮气体的流量比为1:10～10:1之间。
[0015]可选地，步骤4)所述含氮气体包括氨气和氮气中的一种或两种。
[0016]可选地，步骤4)包括：将HVPE设备的温度降至600℃以下，通入氢气，使β
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Ga2O3缓冲层完全分解，实现GaN外延层与所述衬底分离，其中，所述β
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Ga2O3缓冲层分解的产物包括液态镓。
[0017]可选地，步骤5)所述的目标厚度为大于或等于250微米。
[0018]如上所述，本专利技术的单晶自支撑衬底的制作方法，具有以下有益效果：
[0019]本专利技术通过在衬底和GaN外延层之间应用β
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Ga2O3缓冲层，β
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Ga2O3缓冲层在无氢气环境下的分解温度较高，而在有氢气的环境下分解温度可大大降低，因此，可在有氢气的环境下，低温进行β
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Ga2O3缓冲层分解使GaN外延层和衬底剥离开来，第一方面避免了激光剥离工艺及自分离工艺导致的良率低的问题(尤其适用于大尺寸的GaN衬底)，同时，在生长的早期阶段分解β
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Ga2O3缓冲层，可使GaN外延层与衬底无物理硬连接，减少热适配及晶格失配导致的应力累积而产生的外延层翘曲或裂片；第二方面β
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Ga2O3缓冲层与GaN外延层具有较小的晶格失配，可以有效提高GaN外延层的生长晶体质量，减小GaN外延层的应力；第三方面，本专利技术整个制备流程可以在一台HVPE设备内完成，无需多次在不同设备间转移外延片，无需GaN复合衬底，避免了对MOCVD设备的依赖，流程简单，减少了转移外延片过程中引入的杂质或灰尘。
附图说明
[0020]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。
[0021]图1～图6显示为本专利技术实施例的单晶自支撑衬底的制作方法各步骤所呈现的结构示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]101
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衬底
[0024]102
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β
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Ga2O3缓冲层
[0025]103
ꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶自支撑衬底的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：1)提供一衬底；2)使用HVPE设备，在所述衬底上生长β
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Ga2O3缓冲层；3)使用所述HVPE设备，在不含氢气的氮气气氛下，在所述缓冲层上生长GaN外延层；4)使用所述HVPE设备，通入含氢气的气体，在分解温度下使β
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Ga2O3缓冲层完全分解，实现GaN外延层与所述衬底分离；5)使用所述HVPE设备进行GaN外延，使所述GaN外延层的厚度增加至目标厚度，以获得单晶自支撑衬底。2.根据权利要求1所述的单晶自支撑衬底的制作方法，其特征在于：所述衬底为c面蓝宝石衬底，所述β
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Ga2O3缓冲层为(
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201)面β
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Ga2O3缓冲层。3.根据权利要求1所述的单晶自支撑衬底的制作方法，其特征在于：所述β
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Ga2O3缓冲层厚度为10纳米～10微米。4.根据权利要求1所述的单晶自支撑衬底的制作方法，其特征在于：步骤3)在所述缓冲层上生长GaN外延层的温度为1000℃以上，所述GaN外延层的厚度为50微米～150微米。5.根据权利要求1所述的单晶自支撑衬底的制作方法，其特征在于：步骤4)包括：将HVPE设备的温度设置为890℃以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：何进密，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：