[發明專利]氮化鎵單晶襯底的制備方法

有效

• 申請號: 202010437129.4
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111681946B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 盧敬權;莊文榮;孫明
• 申請（專利權）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 羅泳文

本發明提供一種氮化鎵單晶襯底的制備方法，包括：1)提供一氮化鎵模板，包括藍寶石襯底、緩沖層、第一非摻雜或摻雜氮化鎵層、超晶格量子阱層及第二非摻雜或摻雜氮化鎵層；2)采用氫化物氣相外延方法在氮化鎵模板上外延生長第一氮化鎵層；3)采用激光剝離方法將氮化鎵模板中的藍寶石襯底剝離，獲得薄氮化鎵單晶襯底；4)采用氫化物氣相外延方法在薄氮化鎵單晶襯上外延生長第二氮化鎵層，獲得厚氮化鎵單晶襯底；5)將厚氮化鎵單晶襯底進行研磨拋光，獲得氮化鎵單晶襯底。本發明通過設置超晶格量子阱層，可以有效降低氮化鎵單晶襯底與藍寶石襯底之間的晶格失配，有效降低或避免氮化鎵單晶襯底的翹曲，提高器件性能。

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵襯底的制備方法，特別是涉及一種氮化鎵單晶襯底的制備方法。

背景技術

二十世紀末，為了制備具有高頻、高效率及大功率等優異性能的功率及射頻器件，以氮 化鎵為代表的第三代寬禁帶半導體材料加快了發展進程。由于其優異性能，氮化鎵(GaN) 可應用于制備高功率高頻器件等其它特殊條件下工作的半導體器件，因而得到廣泛研究與應 用。GaN外延層的晶體質量是實現高性能GaN基器件的根本保障。而采用GaN單晶襯底實 現同質外延是提高GaN外延層晶體質量與GaN基器件性能的重要途徑。

在氮化鎵單晶襯底的外延生長過程中，外延薄膜中存在著應力，該應力主要是晶格失配 應力和熱失配應力。晶格失配應力主要由藍寶石襯底和氮化鎵晶體晶格常數不匹配造成的； 熱失配應力主要是由于兩者熱膨脹系數不同，而氮化鎵外延片又是在800℃以上的高溫狀態 下生長的，生長完畢降溫后，兩者的晶格收縮比例有很大不同，因此造成了彼此之間的晶格 互相牽制。應力的存在使得氮化鎵單晶襯底存在著不同程度的翹曲，這又導致面內晶向的不 均勻，進而導致器件性能的劣化。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種氮化鎵單晶襯底的制備方法， 用于解決現有技術中應力的存在使得氮化鎵單晶襯底存在著不同程度的翹曲，導致面內晶向 的不均勻，進而導致器件性能劣化的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種氮化鎵單晶襯底的制備方法，所述制 備方法包括：步驟1)，提供一氮化鎵模板，所述氮化鎵模板包括依次層疊的藍寶石襯底、緩 沖層、第一非摻雜或摻雜氮化鎵層、超晶格量子阱層及第二非摻雜或摻雜氮化鎵層；步驟2)， 采用氫化物氣相外延方法在所述氮化鎵模板上外延生長氮化鎵層。

可選地，步驟2)包括以下步驟：步驟2-1)，采用氫化物氣相外延方法在所述氮化鎵模 板上外延生長第一氮化鎵層；步驟2-2)，采用激光剝離方法將所述氮化鎵模板中的所述藍寶 石襯底剝離，獲得薄氮化鎵單晶襯底；步驟2-3)，采用氫化物氣相外延方法在所述薄氮化鎵 單晶襯上外延生長第二氮化鎵層，獲得厚氮化鎵單晶襯底；步驟2-4)，將所述厚氮化鎵單晶 襯底進行研磨拋光，獲得氮化鎵單晶襯底。

可選地，步驟1)包括以下步驟：步驟1-1)，提供一藍寶石襯底，在所述藍寶石襯底上 生長緩沖層；步驟1-2)，采用金屬有機化學氣相沉積法，在所述緩沖層上連續生長第一非摻 雜或摻雜氮化鎵層，超晶格量子阱層及第二非摻雜或摻雜氮化鎵層；其中，所述超晶格量子 阱層為周期排列的Al_xIn_yGa_1-x-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN多層膜，x+y≤1，a+b≤1，x與a不相等，y與 b不相等，不同周期的x，y，a及b的數值為相同或不相同。可選地，Al_xIn_yGa_1-x-yN層的厚 度范圍介于1納米～10納米，Al_aIn_bGa_1-a-bN層的厚度范圍介于5納米～20納米之間。

可選地，步驟1)中，所述第一氮化鎵層的厚度介于100微米～450微米之間，所述第一 氮化鎵層為摻雜或非摻雜。