[發(fā)明專利]一種氮化鎵同質(zhì)襯底及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110323780.3
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113078046B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 談遜;談謙;江兵華
• 申請（專利權(quán)）人: 華廈半導(dǎo)體（深圳）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C14/06;C30B25/20;C30B29/40;C23C14/35
• 代理公司: 成都正德明志知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51360
• 代理人: 張小娟

本發(fā)明公開了一種氮化鎵同質(zhì)襯底及其制備方法，制備方法包括以下步驟：先將氮化鎵多晶基板涂鎵氨化，然后非晶化處理，再將具有六方結(jié)構(gòu)的二維晶體薄膜轉(zhuǎn)移至多晶襯底基板上；然后對二維晶體薄膜表面處理，產(chǎn)生懸掛鍵；再在二維晶體薄膜上生長AlN成核層；隨后在AlN成核層上外延生長氮化鎵厚膜；最后將多晶襯底基板去除即得氮化鎵同質(zhì)襯底。本發(fā)明在氮化鎵基板上利用可轉(zhuǎn)移的單晶石墨烯為氮化物生長提供所需的六方模板，比藍(lán)寶石等異質(zhì)襯底上轉(zhuǎn)移二維薄膜的熱膨脹應(yīng)力低，使得HVPE氮化鎵厚膜生長空間得到提高，氮化鎵自支撐襯底獲得成本大為降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鎵同質(zhì)襯底及其制備方法。

背景技術(shù)

在目前所獲得自支撐氮化鎵襯底時，使用二維膜轉(zhuǎn)移的方法中，如果采用藍(lán)寶石襯底，由于晶格與熱應(yīng)力適配問題，所獲得的自支撐襯底缺陷較大，找到一種質(zhì)量更好，又便宜的工藝方法是努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種氮化鎵同質(zhì)襯底及其制備方法，以解決氮化鎵襯底晶格缺陷高以及襯底制備成本高的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種氮化鎵同質(zhì)襯底制備方法，包括以下步驟：

S1：制備多晶氮化鎵基板，并在基板表面涂布厚度為10～100nm的金屬鎵薄膜，然后氨化處理，以在金屬鎵薄膜上形成鎵膜氨化層；

S2：對經(jīng)過S1處理后的基板進(jìn)行非晶化處理，使鎵膜氨化層轉(zhuǎn)化成厚度為3～120nm的非晶化層；

S3：在非晶化層上轉(zhuǎn)移一層厚度為2～50nm的二維薄膜；二維薄膜的材質(zhì)為石墨烯、六方氮化硼、二硫化鎢、二硫化鉬、二硒化鎢、二硒化鉬、二碲化鎢或二碲化鉬；

S4：對二維薄膜進(jìn)行氨化處理；

S5：在氨化處理后的二維薄膜上沉積厚度為20～50nm的AlN緩沖層；

S6：在AlN緩沖層上生長氮化鎵薄膜；

S7：除去多晶氮化鎵基板，得氮化鎵同質(zhì)襯底。

本發(fā)明中的氮化鎵生長襯底以多晶氮化鎵為基板。

本發(fā)明在緩沖層與基板之間轉(zhuǎn)移有二維薄膜，二維薄膜結(jié)構(gòu)為六方晶體結(jié)構(gòu)，與氮化鎵晶格一致，可為GaN的生長提供晶格模板，降低GaN對襯底的依賴，從而提高氮化鎵生長質(zhì)量。

本發(fā)明中的緩沖層為AlN緩沖層，AlN具有六方晶系結(jié)構(gòu)，在AlN緩沖層上生長氮化鎵薄膜，所得到的薄膜與基板具有相同的取向，氮化鎵薄膜內(nèi)缺陷少，質(zhì)量高，由此制得的同質(zhì)襯底性能更加優(yōu)良。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，S1中制備多晶氮化鎵基板的方法包括以下步驟：將氮化鎵多晶粉末壓制成厚度為1～10mm的薄板，然后在45～55MPa、950～1050℃條件下燒結(jié)25～35h，得多晶氮化鎵基板。

本發(fā)明中通過擠壓、燒結(jié)的方式將多晶氮化鎵粉末制成多晶氮化鎵板，可使板材內(nèi)部的構(gòu)成粒子在大致法線方向上沿特定結(jié)晶方位取向，所得到的板材內(nèi)部粒子排列規(guī)整，內(nèi)部缺陷較少，在此基板上進(jìn)行后續(xù)功能層的生長，功能層不會出現(xiàn)晶格缺陷，所得到的生長襯底性能更加優(yōu)良。

進(jìn)一步，S2中多晶氮化鎵基板非晶化處理的方法為激光熔凝，熔凝過程中激光的能量密度為100～120kW/cm²。