[发明专利]自支撑氮化镓层及其制备方法

说明书

本发明提供一种自支撑氮化镓层及其制备方法，其中，制备方法至少包括：提供一衬底；于所述衬底上依次形成第一含镓分解层、分解阻挡层、第二含镓分解层、图形化掩膜层，其中，所述图形化掩膜层具有若干个开口；进行热退火，使所述第一含镓分解层和所述第二含镓分解层部分分解重构，以分别形成内部具有若干个第一孔洞的第一分解重构层和第二分解重构层，以及位于所述开口内的氮化镓晶种层；进行热生长，使所述氮化镓晶种层生长，从而于所述图形化掩膜层上形成氮化镓层；进行降温，使所述氮化镓层从所述衬底上自动剥离，以得到所述自支撑氮化镓层。本发明对制备工艺要求较低，并能够实现氮化镓层的快速自剥离，能够获得高成品率的自支撑氮化镓层。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种自支撑氮化镓层及其制备方法。

背景技术

第三代半导体材料由于能量禁带一般大于3.0电子伏，又被称为宽禁带半导体。相比于传统的硅基和砷化镓基半导体材料，宽禁带半导体(例如碳化硅、氮化镓、氮化铝及氮化铟等)由于具有特有的禁带范围、优良的光、电学性质和优异的材料性能，能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求，在汽车及航空工业、医疗、通讯、军事、普通照明及特殊条件下工作的半导体器件等方面具有十分广泛的应用前景。

氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有直接带隙宽、热导率高等优异性能而受到广泛关注。氮化镓相较于第一代和第二代半导体材料除了具有更宽的禁带(在室温下其禁带宽度为3.4ev)，可以发射波长较短的蓝光，其还具有高击穿电压、高电子迁移率、化学性质稳定、耐高温及耐腐蚀等特点。因此，氮化镓非常适合用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。目前，氮化镓半导体材料的研究和应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。

然而，目前氮化镓的单晶生长困难、价格昂贵，大规模化的同质外延的生长目前仍没有可能。目前，氮化镓的生长大多仍采用异质外延，所选用的异质衬底有硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底；在异质衬底上生长氮化镓会带来晶格适配和热适配导致器件中存在残余应力影响其性能。为了进一步提高器件性能，需要将氮化镓从异质衬底上剥离以得到自支撑氮化镓层。

目前所采用的剥离工艺主要有激光剥离、自剥离、机械剥离及化学腐蚀剥离等。其中，激光剥离技术常应用于分离蓝宝石衬底上生长的氮化镓，但是，激光剥离对氮化镓晶体的平整度要求较高，且不易剥离较大尺寸的氮化镓晶体；自剥离技术利用热失配产生的应力作用于外延氮化镓晶体与异质衬底的特定连接处使得外延层和模板断裂分离，但是，现有的自剥离的过程中产生的热应力往往会造成氮化镓外延层的破裂，或者外延层无法剥离，自剥离技术对氮化镓晶体的生长工艺、图形化衬底的设计及制作要求较高，自剥离获得完整的氮化镓晶体成品率较低；机械剥离是使用机械研磨切削除去异质衬底，但是，机械剥离适用于硬度较低且易碎的异质衬底；化学腐蚀剥离应用能除去异质衬底且不易腐蚀氮化镓的化学试剂除去背部的异质衬底，化学剥离要求异质衬底的热稳定好且易于腐蚀。由上可知，激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀剥离工艺均需在氮化镓生长过程完成之后执行额外的剥离工艺，增加了工艺步骤及工艺复杂程度，从而增加了成本，同时，激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀剥离工艺对异质衬底均有苛刻的要求，普适性较差；现有的自剥离工艺虽然可以实现异质衬底与氮化镓的自剥离，但剥离过程中会对氮化镓的质量造成影响，成品率较低。

因此，如何改进自支撑氮化镓层及其制备方法，以避免上述缺陷的发生，是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自支撑氮化镓层及其制备方法，用于解决现有技术中剥离工艺所存在的种种问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自支撑氮化镓层的制备方法，其中，所述自支撑氮化镓层的制备方法至少包括如下步骤：

提供一衬底；

于所述衬底上形成第一含镓分解层；

于所述含镓分解层上形成分解阻挡层；