[实用新型]电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备

说明书

本实用新型公开了一种电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备，包括：电化学刻蚀装置，包括盛装电解液的反应槽、直流电源、工作电极、对电极以及欧姆接触电极，所述工作电极包括待处理的样品，所述样品包括GaN衬底和依次生长在GaN衬底上的牺牲层和外延结构层；真空装置，包括真空腔室，至少所述反应槽设置在所述真空腔室内，当发生刻蚀反应时，所述反应槽内的液面两侧能够产生压差，所述压差能够驱使所述反应槽内的气体快速逸出牺牲层。本实用新型提供的设备，结构简单，使用方便；实用新型实施例提供的一种电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备，通过一步电化学完全刻蚀实现大尺寸GaN衬底的分离，提高了分离成品率，进而降低了GaN单晶衬底的使用成本。

技术领域

本实用新型涉及一种电化学刻蚀装置，特别涉及一种电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备，属于半导体加工技术领域。

背景技术

GaN具有电子迁移率高、带隙宽、临界击穿场强和物理化学性质稳定等优点，这对发光二极管(LED)、场效应晶体管(FET)、肖特基二极管(SBD)等电力电子器件非常有利。但是，由于缺乏天然衬底，Ⅲ族氮化物一般生长在异质衬底上，如蓝宝石、硅、碳化硅等。然而，由于衬底与外延层之间的晶格失配和热膨胀失配，异质衬底上器件的位错密度远高于在同质衬底上制作的器件。因此，自支撑GaN衬底是提高外延层质量和器件性能的有效途径。

氢化物气相外延(HVPE)因其生长速度快、晶圆尺寸大而被认为是商业化制备自支撑GaN衬底的一种很有前途的方法。然而，用这种方法生长的独立GaN衬底成本很高，不利于大规模应用。目前，已经发展了激光剥离(LLO)方法来分离蓝宝石衬底制备独立的GaN衬底。LLO方法利用高功率紫外激光在蓝宝石与GaN的界面处分解GaN，实现衬底与外延层的分离，用这种方法的成本较高，且高温会导致GaN开裂，且不适用于在SiC、Si上分离。

电化学剥离是一种利用横向刻蚀的技术，可用于将GaN外延层与衬底分离，而不考虑衬底的种类。目前，通过电化学技术分离衬底与外延层的方法多为正置电极从下而上刻蚀纳米级别厚度的牺牲层，且完全掏空的面积极小，分离下来的衬底没有实用价值，想要通过电化学腐蚀方法获得GaN的大尺寸分离大多需要通过引入微孔插入层，利用异质衬底与GaN失配应力，在退火过程中实现大面积自分离，但这种方法只适用于在异质衬底，且工艺复杂，在退火过程中应力失配极易导致GaN开裂。

现有的电化学刻蚀只停留在GaN的小尺寸剥离、减薄，极薄的牺牲层导致刻蚀过程中质量输运的限制，刻蚀通道内多为反应产生的Ga⁺、没有发生反应的GaN碎片以及氮气，尤其是氮气阻塞问题在大尺寸刻蚀后段极其严重(刻蚀过程中的牺牲层产生气泡阻塞的照片如图1所示)，导致后续刻蚀减缓，甚至停止，而大尺寸的造孔退火自分离过程中，退火过程无法控制，应力失配容易导致GaN开裂。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备，以克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种电化学刻蚀剥离GaN衬底的设备，包括：

电化学刻蚀装置，包括盛装电解液的反应槽、直流电源、工作电极、对电极以及欧姆接触电极，其中，所述工作电极包括待处理的样品，所述样品包括GaN衬底和依次生长在GaN衬底上的牺牲层和外延结构层，所述欧姆接触电极还与所述牺牲层连接，并且，所述欧姆接触电极与直流电源的阳极电连接，所述对电极与直流电源的阴极电连接；

真空装置，包括真空腔室，至少所述反应槽、工作电极、对电极以及欧姆接触电极设置在所述真空腔室内，当发生刻蚀反应时，所述反应槽内的液面两侧能够产生压差，所述压差能够驱使所述反应槽内的气体快速逸出牺牲层。