[发明专利]一种自支撑氮化镓制备方法

说明书

本发明提供一种自支撑氮化镓制备方法，所述制备方法包括：首先，提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上外延生长由第一缓冲层、牺牲层和第二缓冲层叠加而成的三明治结构，并在所述三明治结构表面形成应力支撑层；然后，利用激光在所述三明治结构中形成空位结构；最后，在所述应力支撑层表面外延生长氮化镓厚膜层，降温，通过空位结构，使所述氮化镓厚膜层与蓝宝石衬底分离，从而形成自支撑氮化镓。通过本发明的制备方法，可以获得高质量的自支撑氮化镓，优化制备流程，降低制备成本，提高产品良率。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，涉及一种自支撑氮化镓制备方法，特别是涉及一种利用激光空位法制备自支撑氮化镓的方法。

背景技术

近十年来，第三代宽带隙半导体材料GaN及其III/V系列氮化物取得了卓越的成就。氮化镓及其掺杂系列化合物具有连续可变的直接带隙的光学性质、物理化学性能稳定、高饱和电子迁移率等特性，使其在激光器、发光二极管、紫外探测器、电力电子功率器件等光/微电子器件领域有着广阔的应用前景。

然而，目前的GaN基半导体器件，一般以蓝宝石衬底、SiC、Si等为衬底材料进行异质外延。异质外延导致氮化镓外延层残余应力较大、位错密度较高等缺点，从而限制了其在光/微电子器件领域的应用。GaN单晶衬底(又称自支撑衬底)同质外延是解决异质外延产生的所述问题并实现高性能GaN器件的根本途径。

目前几乎所有的氮化镓基激光器均是利用昂贵的自支撑氮化镓衬底进行制备，限制了其应用范围。主流的GaN自支撑衬底制备工艺，主要采用HVPE技术在蓝宝石衬底上外延制备GaN厚膜，然后将GaN厚膜从蓝宝石衬底分离。由于GaN厚膜的制备还是采用异质外延技术，而蓝宝石衬底与GaN材料的热膨胀系数不同，导致在降温后GaN厚膜存在较大的残余应力，容易引起GaN厚膜翘曲或者碎裂，使制备GaN自支撑衬底的良率低，生产成本居高不下。

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制备方法，用于解决现有技术中制备自支撑氮化镓质量不佳、良率低、成本高等问题。

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制备方法，所述方法至少包括以下步骤：

S1，提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上外延生长由第一缓冲层、牺牲层和第二缓冲层叠加而成的三明治结构，并在所述三明治结构表面形成应力支撑层；

S2，利用激光在所述三明治结构中形成空位结构；

S3，在所述应力支撑层表面外延生长氮化镓厚膜层，降温，通过空位结构，使所述氮化镓厚膜层与蓝宝石衬底分离，从而形成自支撑氮化镓。

优选地，所述步骤S1至少包括如下步骤：

S11，利用MOCVD工艺在所述蓝宝石衬底表面外延生长多层氮化镓结构作为第一缓冲层；

S12，利用MOCVD工艺在所述第一缓冲层表面外延生长厚度不小于2微米的氮化镓，作为牺牲层；

S13，利用MOCVD工艺在所述牺牲层表面外延生长多层氮化镓结构作为第二缓冲层，进一步降低位错密度。

S14，利用MOCVD或者HVPE工艺方法在所述第二缓冲层表面生长10～40微米厚的氮化镓作为应力支撑层。

优选地，所述步骤S2至少包括如下步骤：

S21，先在所述应力支撑层表面覆盖一保护层，将所述保护层接触激光工作平台，并采用真空吸附固定；

S22，采用紫外和/或深紫外线激光从所述蓝宝石衬底一侧进行扫描，从而在所述三明治结构中形成空位结构；

S23，去除所述保护层；

S24，清洗所述应力支撑层表面。