[发明专利]异质集成GaN薄膜及GaN器件的制备方法

权利要求书

1.一种异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供具有注入面的GaN单晶晶片；

自所述注入面进行离子注入，于所述GaN单晶晶片的预设深度处形成缺陷层；

提供蓝宝石单晶晶片，所述蓝宝石单晶晶片具有第一抛光面及相对的第二抛光面；

将所述GaN单晶晶片的注入面与所述蓝宝石单晶晶片的第一抛光面进行键合；

进行退火处理，沿所述缺陷层进行剥离，形成损伤层；

进行第一表面处理，去除所述损伤层，显露GaN单晶薄膜；

于所述GaN单晶薄膜表面形成第一键合介质层；

提供支撑衬底，于所述支撑衬底的表面形成第二键合介质层；

键合所述第一键合介质层及第二键合介质层；

自所述蓝宝石单晶晶片的第二抛光面进行激光处理，剥离所述蓝宝石单晶晶片，并进行退火；

进行第二表面处理，形成依次堆叠所述GaN单晶薄膜、第一键合介质层、第二键合介质层及支撑衬底的GaN薄膜复合结构。

2.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述GaN单晶晶片为六方纤锌矿晶体结构，所述注入面为Ga极性面。

3.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述离子注入包括H离子注入及He离子注入中的一种或组合；当采用H离子注入时，所述H离子的注入能量为20keV～3MeV，注入剂量为2×10¹⁷ions/cm²～1×10¹⁸ions/cm²。

4.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述预设深度为150nm～50μm。

5.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于，所述GaN单晶晶片与所述蓝宝石单晶晶片进行键合的步骤包括：

采用等离子体激活所述GaN单晶晶片的注入面以及所述蓝宝石单晶晶片的第一抛光面，其中，所述等离子体包括Ar等离子体、N₂等离子体、O₂等离子体中的一种；

将激活后的所述GaN单晶晶片与所述蓝宝石单晶晶片进行直接键合。

6.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述退火处理包括在真空、氮气、氩气、氢气、氨气及氯化氢气中的至少一种所形成的气氛下进行，其中，所述退火处理的温度包括300℃～800℃，所述退火处理的时间包括1min～24h；所述退火包括在真空、氮气及惰性气体中的至少一种所形成的气氛下进行，其中，所述退火的温度包括500℃～1000℃，所述退火的时间包括1min～24h。

7.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述第一表面处理的方法包括高温退火、化学机械抛光、湿法腐蚀及离子束刻蚀中的一种或组合；所述第二表面处理的方法包括化学机械抛光。

8.根据权利要求1所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：键合所述第一键合介质层及第二键合介质层的方法包括介质层键合、表面活化键合及金属键合中的一种；所述第一键合介质层包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、纳米硅及金属中的一种，所述第二键合介质层包括氧化硅、氧化铝、氮化硅、纳米硅及金属中的一种；所述第一键合介质层的厚度范围为1nm～10μm，所述第二键合介质层的厚度范围为1nm～10μm。

9.根据权利要求1所述的所述的异质集成GaN薄膜的制备方法，其特征在于：所述支撑衬底包括硅单晶晶片、表面为氧化硅的硅晶片、金刚石单晶晶片、碳化硅单晶晶片及金属片中的一种；所述金属片包括Ag金属片、Cu金属片、Au金属片及Al金属片中的一种。