[發(fā)明專利]一種寬禁帶半導體柔性襯底的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102945795A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳峰武;魏唯;韓云鑫;鞏小亮
• 申請（專利權）人: 湖南紅太陽光電科技有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/683
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發(fā)明屬于微電子技術領域，具體涉及一種寬禁帶半導體柔性襯底的制備方法，特別是單晶GaN、AlN、SiC柔性襯底的制備方法。

背景技術

寬禁帶半導體主要包括二元的InN、GaN、AlN、SiC，三元的InGaN、AlGaN和四元的InGaAlN等材料，氮化鋁（AlN）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）基半導體材料是寬禁帶半導體材料的典型代表。這些材料具有寬禁帶、高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率、較小的介電常數(shù)、高熱導率、高抗輻射能力等特點，是制作高頻、高功率、耐高溫、抗輻射電子器件的理想材料，在國防、航天、航空、通信、汽車、石油開采等方面有著廣泛的應用前景。另外這些材料也是重要的光電子材料，它們在高亮度發(fā)光二極管（LED）、紫外/藍/綠光激光器（LD）、日盲探測器、紫外探測器等方面市場前景廣闊。

目前，用于寬禁帶半導體電子器件的襯底主要是異質(zhì)襯底，例如藍寶石、SiC、Si等。這些襯底技術成熟、價格便宜，這些襯底上制備的電子器件商業(yè)化應用取得了巨大的成功。但是，異質(zhì)襯底上進行異質(zhì)外延存在一系列的問題，例如：由于襯底和外延晶體晶格的失配將引起失配位錯；由于熱膨脹系數(shù)的差別在降溫退火過程中會產(chǎn)生熱應力，從而導致裂紋的出現(xiàn)，晶片變形嚴重；晶體極性的不同常常會引起反向疇缺陷。這些問題嚴重制約了外延膜晶體質(zhì)量的提高。解決這些問題的最好辦法是采用同質(zhì)襯底，目前，SiC的同質(zhì)襯底最為成熟，Cree公司可以大批量銷售4inch無微管缺陷的4H-SiC，6inch的4H-SiC單晶襯底也已經(jīng)開始生產(chǎn)，可以少量供應。GaN在高溫下易分解，難于熔化，所以氮化鎵單晶材料的生長極為困難。但是近幾年GaN體單晶的生長技術發(fā)展很快，例如采用HVPE技術，可以制備2inch位錯密度為10⁵～10⁶cm^-2的氮化鎵體單晶，采用HPNS技術可以制備直徑為3cm位錯密度為2×10²cm^-2的氮化鎵體單晶，采用氨熱法可以制備2inch位錯密度為5×10³cm^-2的氮化鎵體單晶。AlN單晶襯底目前已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，例如俄羅斯的NitrideCrystal公司能夠批量供應2inch位錯密度1×10³cm^-2的PVT?AlN單晶襯底。

寬禁帶半導體同質(zhì)襯底雖然能夠大幅度提高外延材料的晶體質(zhì)量，但是其成本昂貴，規(guī)模化生產(chǎn)困難，且無法制備大尺寸單晶襯底，這些都制約了同質(zhì)襯底的大規(guī)模應用。此外，目前寬禁帶半導體同質(zhì)襯底的結晶質(zhì)量不夠完美，缺陷水平較高。我們知道，襯底的質(zhì)量會直接影響外延層的晶體質(zhì)量，它會產(chǎn)生位錯的延伸、增殖等。因此，開發(fā)出一種能夠提高外延層晶體質(zhì)量的易于產(chǎn)業(yè)化的低成本寬禁帶半導體襯底制備技術顯得異常重要。

柔性襯底技術作為一種降低應力的技術，正越來越得到科研工作者的重視。所謂柔性襯底，可以理解為襯底在特定的條件下，顯示出屈服于外延材料性質(zhì)的柔性特征，通過自身的應變，部分地抵消外延層的應力，從而達到降低外延層內(nèi)部的殘余應力，提高晶體質(zhì)量的效果。柔性襯底理論的提出，已經(jīng)有十多年的歷史，主要針對SiGe、GaAs、InP等半導體薄膜的異質(zhì)外延生長，解決晶格失配應力導致材料質(zhì)量下降、甚至完全失效的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將柔性襯底的理論引入寬禁帶半導體同質(zhì)外延襯底的制備工藝中，本發(fā)明的寬禁帶半導體柔性襯底結合了柔性襯底和同質(zhì)外延的優(yōu)點，能夠顯著的降低其上外延膜的應力，提升外延膜的晶體質(zhì)量。此外，該襯底還可以解決目前寬禁帶半導體同質(zhì)襯底制造成本高、晶體尺寸小的難題。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

所述寬禁帶半導體柔性襯底的制備方法包含如下步驟：

1）采用MOCVD、MBE或HVPE方法在藍寶石或SiC襯底上生長寬禁帶半導體外延層；

2）在寬禁帶半導體外延層上表面進行H⁺注入或He⁺注入，使寬禁帶半導體外延層中形成脆性氣泡層；

3）將寬禁帶半導體外延層上表面與支撐襯底進行鍵合，形成復合襯底，支撐襯底提供“加強板”的作用；