[發明專利]一種用于GaN外延的襯底的加工方法

無效

• 申請號: 200810140001.0
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN101378002A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: 陳秀芳;徐現剛;胡小波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/02;H01L21/302;H01L21/304
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 王書剛

技術領域

本發明涉及一種用于GaN外延的襯底的加工方法，是一種應用于半導體材料外延生長的、具有不規則條紋的單晶襯底的加工方法。

背景技術

以GaN為代表的III族氮化物材料，其寬禁帶、直接帶隙、高擊穿電場、高電子飽和漂移速率、強抗輻射能力、優良的化學穩定性和熱穩定性等優點，能滿足高溫、高頻、大功率半導體器件的工作要求，在微電子器件和短波長(藍綠光及紫外波段)的光電子器件中有重要的應用價值。由于目前缺少大直徑的GaN襯底，GaN外延薄膜只能生長在與其失配較大的藍寶石、SiC、Si等單晶襯底上，由于襯底與外延層的晶格失配和熱失配，導致GaN外延層的位錯密度高達10⁸～10¹⁰cm^-2，這嚴重阻礙了GaN在激光器和高速電子器件中的應用。降低GaN基外延材料中位錯密度的工藝方法有多種，包括兩步生長法、超晶格緩沖層法、側向外延過生長法(ELOG)和圖形襯底等技術。ELOG技術工藝復雜，流程中容易引入雜質，位錯列的形成降低了外延材料的可用面積，雖然可降低外延層的位錯密度，但對發光二極管來說，沒有考慮到光的提取效率問題。圖形襯底技術與ELOG技術屬異曲同工，但只需一步外延生長，工藝流程縮短，該技術一方面可以有效減小位錯密度提高晶體質量，另一方面可以通過斜面反射改變光的傳播方向，讓原來處在臨界角外的光線重新以小于臨界角的入射角入射到表面，產生出射，從而提高光的提取效率。

目前，圖形襯底的制作方法主要有干法刻蝕和濕法刻蝕。兩種方法均能制作出規則的條紋或島狀結構。干法刻蝕法成本高，每次加工數量有限，由于其刻蝕的原理，加工過程中容易對襯底造成損傷和污染。濕法化學的方法由于是腐蝕液和襯底反應，雖然可以避免損傷問題，但仍采用多道工序，流程復雜，重復性差，不利于降低生產成本和節約資源。

中國專利CN1469459A公開了《一種納米級藍寶石襯底的加工方法及其專用拋光液》，其中藍寶石襯底加工方法由粘片、粗磨、細磨、粗拋、精拋幾個步驟組成，所述的納米拋光液則由納米硅粉、乙二醇、甘油、乙醇氨以及去離子水構成。加工步驟和納米拋光液配合使用可以提高藍寶石襯底的表面光潔度、降低其表面粗糙度，消除應力，達到鏡面拋光效果。中國專利CN1836842A公開了《大直徑高硬度6H-SiC單晶片的表面拋光方法》，將表面經過研磨的碳化硅晶片，進行粗拋光和精拋光兩次拋光，可獲得表面損傷層小、高平整度、超光滑的表面。但是上述兩項專利的目的都是在于加工出表面無劃痕、超光滑、低表面粗糙度的襯底，不是制備無規則圖形的單晶襯底。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術加工圖形襯底時工藝復雜、易引進雜質、增加應力、會損傷和污染襯底、生產成本高的缺陷，提供一種簡單易行，同時能降低GaN外延層的位錯密度、提高光提取效率和制備出無規則圖形的用于GaN外延的襯底的加工方法，該方法是利用化學機械拋光技術制備無規則圖形襯底。

本發明提供的用于GaN外延的襯底的加工方法，包括以下步驟：

(1)對切割成薄片的單晶棒(藍寶石、SiC和Si等)進行研磨以去掉晶片的刀痕：

a將粒度為20μm～50μm的碳化硼或碳化硅或氧化鋁微粉與水和懸浮劑按重量比1:1～200：0.1～200的比例配制研磨液；

b在研磨機上采用研磨盤使用配制的研磨液對晶片進行研磨直至去掉晶片的刀痕，控制晶片上的壓力在30g/cm²～500g/cm²；

(2)對研磨后的晶片進行化學機械拋光以去除研磨造成的損傷層：

a將粒度小于20μm的碳化硼或碳化硅或氧化鋁或金剛石微粉與水、分散劑和懸浮劑按重量比1:1～200：0.1～10：1～200的比例配制拋光液；

b在拋光機上采用錫盤或銅盤使用配制的拋光液對研磨后的晶片進行化學機械拋光直至去除研磨造成的損傷層，控制晶片上的壓力在30g/cm²～500g/cm²，拋光溫度為30℃～70℃；

(3)對化學機械拋光后的晶片進行退火以去除近表面原子的損傷；

退火溫度為500℃-1500℃，保溫時間為10小時-20小時；

(4)用濕法清洗液清洗拋光后的晶片，以去除表面上的殘留粒子和沾污物。

采用上述方法(切割后的單晶棒經過研磨、化學機械拋光、清洗和退火)制得的單晶襯底表面圖形的條紋為不規則任意取向的劃痕。

研磨和化學機械拋光時，采用的懸浮劑是甘油或乙二醇或聚乙二醇。