CN102208340B - 自支撑氮化镓衬底的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中包括如下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上生长一层薄膜层；步骤3：在薄膜层上生长一层纳米薄膜，得到一基片；步骤4：对基片进行退火，退火后使基片上的纳米薄膜形成纳米颗粒，形成源衬底；步骤5：在源衬底的纳米薄膜上生长出自支撑衬底；步骤6：将源衬底与自支撑衬底通过机械方法实现分离，完成制作。

Description

自支撑氮化镓衬底的制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种自支撑氮化镓衬底的制作方法。
背景技术
氮化镓材料是第三代半导体材料，禁带宽度为3.4ev，由于它的性质稳定，又是波长位于蓝紫光的直接带隙发光材料，因此是制造蓝紫光发光二极管(LED)，高迁移率晶体管的材料，国家半导体照明把氮化镓材料列为中心。但是目前氮化镓材料主要是通过在异质衬底(蓝宝石、SiC、ZnO)进行外延，由于氮化镓和异质衬底存在较大的晶格和热膨胀系数失配，使得异质外延的氮化镓材料的位错和缺陷密度较高，难以制造高质量的光电子器件。基于氮化镓衬底的同质外延技术将会解决这一问题，而生长高质量大面积的氮化镓晶体是目前面临的最大难点，如何实现高质量大面积的氮化镓晶体的生长的工业化和市场化将是解决目前国家半导体照明以及相关光电子产业的重中之重。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，该方法具有工艺简单，操作方便，高效率等特点，同时还能得到高质量，低成本的氮化镓衬底。传统氮化镓材料生长在异质衬底(蓝宝石、碳化硅、硅等)上，由于异质衬底同氮化镓存在较大的热失配和晶格失配，导致生长厚膜氮化镓时出现破裂，这严重影响到优质氮化镓衬底的制作。本发明通过在氮化镓薄膜上生长金属纳米薄膜，经过退火形成纳米网状颗粒。而纳米网状颗粒的作用一是降低氮化镓材料的位错密度，通过调整纳米网状颗粒的大小和高度，就可以生长出厚度达到50-2000μm，而不破裂。作用二是在金属纳米薄膜表面形成大量的V坑，而这些V坑就是能够成功分离源衬底和氮化镓衬底的关键条件。
本发明提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中包括如下步骤：
步骤1：取一衬底；
步骤2：在衬底上生长一层薄膜层；
步骤3：在薄膜层上生长一层纳米薄膜，得到一基片；
步骤4：对基片进行退火，退火后使基片上的纳米薄膜形成纳米颗粒，形成源衬底；
步骤5：在源衬底的纳米薄膜上生长出自支撑衬底；
步骤6：将源衬底与自支撑衬底通过机械方法实现分离，完成制作。
其中衬底的材料为蓝宝石、氮化硅、硅或氧化锌。
其中薄膜层的材料为氮化镓或氧化锌。
其中，该薄膜层的厚度为10-500nm。
其中纳米薄膜的材料为Ti、Al、Ta、Zr、V、Pt或Ni，或者及其组合。
其中退火的温度为300-1000℃，退火的条件是在氨气和氢气的气氛下进行。
其中自支撑衬底是通过氢化物气相沉积技术生长，该自支撑衬底的材料为氮化镓。
其中自支撑衬底的厚度为50-2000μm。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1是本发明步骤2的生长结构示意图。
图2是本发明步骤3的生长结构示意图。
图3是本发明步骤4的退火后的结构示意图。
图4是本发明步骤5的生长结构示意图。
图5是本发明步骤6分离后的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中包括如下步骤：
步骤1：取一衬底10，该衬底10的材料为蓝宝石、氮化硅、硅或氧化锌；
步骤2：在衬底10上生长一层薄膜层11，该薄膜层11的材料为氮化镓或氧化锌，该薄膜层11的厚度为10-500nm；氮化镓或者氧化锌薄膜层不需要进行掺杂。可以通过商业化的金属有机化合物气相沉积(MOVPE)或者氢化物气相沉积(HVPE)来生长氮化镓或者氧化锌薄膜层。
步骤3：在薄膜层11上生长一层纳米薄膜12，得到一基片，该纳米薄膜12的材料为Ti、Al、Ta、Zr、V、Pt或Ni，或者及其组合；生长的设备有电子束蒸发(EB)，磁控溅射等；
步骤4：对基片进行退火，退火后使基片上的纳米薄膜12形成纳米颗粒12’，形成源衬底；在快速退火炉(RCT)中选择适当时间，退火温度控制在300-1000℃，退火的条件是在氨气和氢气的气氛下进行，这样就可以得到金属纳米颗粒；
步骤5：在源衬底的纳米薄膜12’上生长出自支撑衬底13，该自支撑衬底13是通过氢化物气相沉积技术生长，该自支撑衬底13的材料为氮化镓，该自支撑衬底13的厚度为50-2000μm；
步骤6：将源衬底与自支撑衬底13通过机械方法实现分离，完成制作。
实施例
请再参阅图1所示，本发明提供一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中包括如下步骤：
步骤1：取一衬底10，该衬底10的材料为蓝宝石。
步骤2：在衬底10上生长一层氮化镓薄膜层11，该薄膜层11的厚度为100nm。
步骤3：在薄膜层11上生长一层Ti纳米薄膜12。
步骤4：对基片进行退火，退火后使基片上的纳米薄膜12形成纳米颗粒12’，在氨气和氢气的气氛下退火温度为500℃。
步骤5：在源衬底的纳米薄膜12’上生长出自支撑衬底13，该自支撑衬底13的材料为氮化镓，该自支撑衬底13的厚度为1000μm。
步骤6：将源衬底与自支撑衬底13通过机械方法实现分离，完成制作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中包括如下步骤：
步骤1：取一衬底；
步骤2：在衬底上生长一层薄膜层，该薄膜层的材料为氮化镓或氧化锌；
步骤3：在薄膜层上生长一层纳米薄膜，得到一基片；
步骤4：对基片进行退火，退火后使基片上的纳米薄膜形成纳米颗粒，形成源衬底；
步骤5：在源衬底的纳米薄膜上生长出自支撑衬底，该纳米薄膜的材料为Ti、Al、Ta、Zr、V、Pt或Ni，或者及其组合；
步骤6：将源衬底与自支撑衬底通过机械方法实现分离，完成制作。
2.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中衬底的材料为蓝宝石、氮化硅、硅或氧化锌。
3.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中，该薄膜层的厚度为10-500nm。
4.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中退火的温度为300-1000℃，退火的条件是在氨气和氢气的气氛下进行。
5.根据权利要求1所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中自支撑衬底是通过氢化物气相沉积技术生长，该自支撑衬底的材料为氮化镓。
6.根据权利要求5所述的自支撑氮化镓衬底的制作方法，其中自支撑衬底的厚度为50-2000μm。
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