[發(fā)明專利]一種用于GaN單晶襯底的表面拋光方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310047961.3 | 申請日： | 2013-02-06 |
| 公開（公告）號： | CN103114323A | 公開（公告）日： | 2013-05-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王斌 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 |
| 主分類號： | C25F3/12 | 分類號： | C25F3/12;C25F3/30;B24B37/00;C30B33/00;C30B33/10 |
| 代理公司： | 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 31233 | 代理人： | 黃志達 |
| 地址： | 200050 上海市*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 gan 襯底 表面 拋光 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于拋光方法領(lǐng)域，具體涉及一種用于GaN單晶襯底的表面拋光方法。
技術(shù)背景
以GaN為代表的第三代半導體材料，是最重要的寬帶隙半導體材料之一。它們特有的帶隙范圍、優(yōu)良的光、電學性質(zhì)和優(yōu)異的材料機械性質(zhì)使其在從藍綠到紫外波段的發(fā)光器件、紫外探測器、外空間和海底通訊、電子器件以及特殊條件下工作的半導體器件等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。
GaN器件的制備受制于外延襯底。通常，GaN基器件主要異質(zhì)外延在藍寶石、SiC等單晶襯底上，襯底與外延層之間巨大的晶格失配和熱失配，會在外延層之間產(chǎn)生很高的應力和大量的位錯，導致GaN基器件的性能下降；因此降低位錯密度可以顯著提高器件性能，延長器件壽命。若使用同質(zhì)GaN襯底，則不會產(chǎn)生晶格失配和熱失配，從而降低外延層位錯密度；因此獲得高性能的GaN基器件的關(guān)鍵是獲得高質(zhì)量的GaN同質(zhì)外延襯底。
通常制備GaN外延襯底的方法有氫化物氣相外延、鈉熔法、氨熱法等方法生長。使用上述方法獲得的GaN的生長面大多存在大的表面起伏、V型坑、晶向選擇等問題，通常無法直接使用，需要對GaN晶體進行切割拋光加工。
通常GaN晶體表面的拋光包括機械拋光和化學機械拋光兩個工藝步驟。在機械拋光的目的是將GaN表面的明顯的高低起伏研磨平整，并避開或除去肉眼可見的宏觀缺陷，通過機械拋光提高GaN晶體的平整度；在GaN襯底的機械拋光過程中拋光材料與晶體表面磨擦切削會對GaN晶體的表面晶格產(chǎn)生破壞，形成點缺陷、位錯、微裂紋等缺陷，如果這些缺陷不被處理，會嚴重影響在二次外延晶體的質(zhì)量，進而影響GaN器件的性能，因此需要化學機械拋光除去微觀的缺陷，化學機械拋光可將GaN晶體表面損傷層去除，大大提高二次外延層的晶體質(zhì)量。但是，由于GaN晶體屬于六方纖鋅礦，每個Ga原子與周圍四個N原子以共價鍵結(jié)合，由于Ga-N鍵能較高，GaN晶體的穩(wěn)定性好，常溫下不易被酸堿腐蝕，因此對GaN的化學機械拋光液的選擇和操作條件都有著較苛刻的要求，尋求高效、高質(zhì)量的拋光方法對GaN襯底的應用至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于GaN外延襯底表面高精度拋光的方法，使用該方法可在GaN晶體的表面獲得表面粗糙度均方根小于0.5nm的平整度，該方法拋光效率高、劃痕密度較低；無需使用強酸強堿做拋光液，可以在常溫條件進行，簡便易行，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的一種用于GaN外延襯底表面高精度拋光的方法，包括：
針對GaN晶體的機械研磨和電化學機械拋光。
使用電化學機械拋光與傳統(tǒng)機械拋光相比，施加的壓力較小，不會出現(xiàn)劃痕且對晶體的損傷小，GaN晶面的平整度較好。
一種GaN晶體表面加工方法，其特征在于以GaN晶體為陽極，電解液為拋光液，導電磨盤為陰極，GaN晶體相對于磨盤做機械運動的高精度表面拋光工藝。
機械研磨：用機械研磨方法對GaN晶體進行表面平整化加工；取下細拋的GaN晶體，依次使用丙酮、乙醇、去離子水清洗GaN的表面，氮氣吹干后使用熱塑型導電膠把GaN晶體固定在陽極金屬壓塊上，晶體作為陽極連接直流電源的正極，拋光盤作為陰極連接在直流電源的負極上；電化學機械拋光：使用電解液作為拋光液，保持拋光液溫度為15-30℃，調(diào)節(jié)GaN晶體拋光面的電流密度0.001-0.5A/cm2，壓力為0.001-0.2MPa，拋光盤的轉(zhuǎn)速為10-180rmp，在拋光盤旋轉(zhuǎn)的同時,GaN晶體保持自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)的速率為10-200rmp。
所述的機械研磨后GaN晶體的晶向誤差小于1°，厚度公差小于50μm，晶體表面表面粗糙度均方根約為1～2.5nm。
所述熱塑型導電膠的熔點在60-220℃，電阻率為0.01-100Ωcm-1；導電粘膠由黏膠及導電顆粒均勻混合而成，黏膠為瀝青、松香、石蠟中的一種或幾種，優(yōu)選石蠟松香混合物；導電顆粒為鋁粉、銀粉等金屬粉末或石墨粉，優(yōu)選石墨粉。
所述拋光液為可溶解Ga(OH)3的酸或堿，或含絡合劑、螯合劑或表面活性劑的可溶解Ga(OH)3的酸或堿，選自草酸、檸檬酸、磷酸、NaOH溶液、KOH溶液、氨水、或含絡合劑、螯合劑或表面活性劑的上述溶液。優(yōu)選使用pH值為9.5-11.5的含EDTA的NaOH溶液；
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