基于外延材料应力控制的ＧａＮ厚膜自分离方法技术

本发明专利技术公开了一种基于外延材料应力控制的ＧａＮ厚膜自分离方法。本发明专利技术包括如下步骤：对衬底材料进行预处理；在衬底上生长外延材料，工艺条件渐变调制，实现外延材料的应力逐渐集中到预定自分离的位置；在外延材料的厚度达到预定自分离的位置时，工艺条件跃变调制，实现应力在该预定位置的跃变；再次工艺条件渐变调制，实现外延材料的应力随厚度增加而逐渐释放，也即实现应力逆向集中于预定位置；外延生长结束，并逐渐降温，以使得预定自分离位置两侧的应力差进一步放大，从而实现单晶厚膜在预定位置的自分离。本发明专利技术在保证外延材料质量的基础上，能有效控制外延材料中应力的整体分布，良好地实现外延材料的自分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料的应力控制领域和外延生长领域，特别是涉及一种利用对外延材 料应力的控制实现厚膜GaN材料自分离的方法。
技术介绍
随着微电子技术和光电子技术的飞速发展，种类繁多的微电子元器件和光电子元 器件得到了日益广泛的应用。但是，外延材料中应力的存在直接影响微电子元器件和光电 子元器件的稳定性和可靠性。例如，在半导体中，应力的存在会影响禁带漂移，进而影响例 如LED的发光颜色；在超导体中，应力的存在会影响超导转化温度；在光学元器件中，应力 会影响透光率和反射率。因此，材料的应力控制问题变得愈来愈突出。但是，当今应力控制 研究相对较多的是一些宏观的大型实体，如大坝、钢结构和桥梁等，对于外延材料，如常见 的薄膜材料中的应力控制并没有一个系统化的解决方案，只有一些适用范围有限的技术如 热退火处理技术和插入层技术。热退火处理是将外延材料加热到适当温度，然后进行缓慢冷却的处理工艺。外延 材料中存在的各种缺陷是产生应力的主要原因，这些缺陷中有的是非平衡缺陷，它们有自 行消失的倾向。在对材料进行热退火处理时，外界提供了热能，非平衡缺陷会部分地移动、 合并消失，从而降低了材料中的应力。但是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外延材料应力控制的ＧａＮ厚膜自分离方法，其特征在于，包括如下步骤：　　ａ）对衬底材料进行预处理；　　ｂ）第一阶段，在衬底上生长外延材料，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件渐变调制，实现外延材料的应力逐渐集中到预定自分离的位置；　　ｃ）第二阶段，在外延材料的厚度达到预定自分离的位置时，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件跃变调制，以实现应力在该预定位置的跃变；　　ｄ）第三阶段，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件渐变调制，实现外延材料中的应力随厚度增加而逐渐释放，也即实现该阶段外延材料中的应力逆向集中于预定位置；以及　　ｅ）外延生长结束，并逐渐降温，以使得...

【技术特征摘要】
一种基于外延材料应力控制的GaN厚膜自分离方法，其特征在于，包括如下步骤a)对衬底材料进行预处理；b)第一阶段，在衬底上生长外延材料，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件渐变调制，实现外延材料的应力逐渐集中到预定自分离的位置；c)第二阶段，在外延材料的厚度达到预定自分离的位置时，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件跃变调制，以实现应力在该预定位置的跃变；d)第三阶段，温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等工艺条件渐变调制，实现外延材料中的应力随厚度增加而逐渐释放，也即实现该阶段外延材料中的应力逆向集中于预定位置；以及e)外延生长结束，并逐渐降温，以使得预定自分离的位置两侧的应力差得到进一步放大，从而实现单晶厚膜在预定位置的自分离。2.根据权利要求1所述的厚膜GaN材料的自分离方法，其特征在于，所述渐变调制，是 指工艺条件，如温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等基本工艺参数，处于一种逐渐变 大或逐渐变小的趋势中，并按照一定的渐变函数改变；所述的渐变函数包括但不限于初等 函数，如线性函数、二次函数、指数函数、对数函数和三角函数，以及初等函数的组合函数、 复合函数和周期函数，如锯齿上升或下降函数、波动上升或下降函数等。3.根据权利要求1所述的厚膜GaN材料的自分离方法，其特征在于，所述跃变调制，是 指工艺条件如温度、压强、反应气体流量或反应物浓度等基本工艺参数的阶跃变化。4.根据权利要求1所述的厚膜GaN材料的自分离方法，其特征在于，所述第一阶段的 渐变调制，是指生长条...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国义，吴洁君，杜彦浩，于彤军，杨志坚，康香宁，贾传宇，孙永健，罗伟科，刘鹏，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]