[發明專利]Bx

有效

• 申請號: 202110287040.9
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113053735B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張紀才;譚庶欣
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/78;H01L29/20;H01L29/04
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發

本發明公開了一種B_xAl_yGa_(1?x?y)N自支撐單晶襯底及其制備方法。所述制備方法包括：先在異質襯底上生長形成具有三維網狀結構的h?BN層，再于所述h?BN層上進行B_xAl_yGa_(1?x?y)N層的生長；破壞所述h?BN層內層與層之間的弱連接，以使所述h?BN層于層與層之間自剝離，從而實現B_xAl_yGa_(1?x?y)N層與異質襯底的分離，從而獲得B_xAl_yGa_(1?x?y)N自支撐單晶襯底。本發明實施例提供的制備方法，以藍寶石等異質襯底，通過采用具有三維網狀結構的h?BN作為緩沖層和斷裂層，提高了B_xAl_yGa_(1?x?y)N與襯底材料分離后的成品率，從而降低了B_xAl_yGa_(1?x?y)N自支撐襯底的制備成本，有利于大尺寸B_xAl_yGa_(1?x?y)N自支撐襯底的規模化生產。

技術領域

本發明特別涉及一種B_xAl_yGa_(1-x-y)N自支撐單晶襯底及其制備方法，屬于材料科學技術領域。

背景技術

Ⅲ族氮化物(包括GaN、InN、AlN、BN及其多元合金)半導體被譽為第三代半導體材料，具有禁帶寬度寬、熱導率高、耐腐蝕等優良的物理化學性能，在光電器件和微電子器件等方面具有廣泛應用前景。但是由于缺乏同質襯底材料，Ⅲ族氮化物一般生長在藍寶石、SiC和Si襯底上，晶格失配和熱失配導致的外延材料位錯密度比較高，從而阻礙了相關器件性能的提高和應用。另外，異質外延也給器件帶來了一些其它問題，如解理困難、散熱性差等，因而開發高質量Ⅲ族氮化物襯底材料對發展第三代半導體產業至關重要。

B_xAl_yGa_(1-x-y)N晶片(如GaN、AlN、BN晶片等)作為第三代半導體產業發展的一種關鍵材料，是深紫外光電器件、高溫高頻大功率微波器件、熱中子探測器件等第三代半導體產業的核心，尤其在軍事、衛星、國防安全等領域具有廣泛的應用前景。

現有的生長B_xAl_yGa_(1-x-y)N襯底的方法有很多種，如金屬有機物氣相外延法(MCVD)、氨熱法、物理氣相傳輸法(PVT)和氫化物氣相外延法(HVPE)等，MCVD法雖然能夠制備大面積B_xAl_yGa_(1-x-y)N薄膜材料，但是局限于生長速率難以提高(通常每小時幾百納米)，在制備幾百微米的自支撐AlN襯底方面不占優勢；PVT方法在制備AlN材料方面雖然能夠提高較高的生長速率，并且結晶質量也非常高(位錯密度能夠降低到10⁴cm^-2)，但是材料中通常存在高密度的點缺陷而導致材料難以透明，制約了其在深紫外光電子器件的應用，同時由于缺乏大尺寸的籽晶，難以制備大面積自支撐材料；HVPE方法生長速率較快，適合大面積制備襯底材料。但目前采用HVPE制備BN自支撐襯底的報道尚未見到。

目前HVPE制備自支撐GaN、AlN襯底的關鍵難題是由于所用的襯底材料與氮化物外延膜的晶格和熱膨脹系數失配，當外延膜達到幾十微米時就會因應力而開裂，并且晶面彎曲，不能得到大尺寸，高質量的晶片，此外由于BN、AlN及其合金材料的禁帶寬度大，難以使用目前的激光剝離技術等分離襯底而形成自支撐結構。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種B_xAl_yGa_(1-x-y)N自支撐單晶襯底及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：