CN103137439B - 一种GaN基外延片衬底的回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基外延片衬底的回收方法，属于半导体技术领域。所述方法包括：将GaN基外延片放入真空的反应腔内；向所述反应腔内通入还原气体和催化气体，以使所述GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应。本发明通过将GaN基外延片放入真空的反应腔内，向反应腔内通入还原气体和催化气体，以使GaN基外延片的GaN发生还原反应，将GaN基外延片的GaN还原成单质镓和氨气，从而与衬底分离。该方法在高温环境下对衬底材料无物理和化学性损伤，保持了衬底的完整性，且该方法原理简单，过程可控，可以使GaN的分解速率较高，从而提高了衬底回收的速度。

Description

一种GaN基外延片衬底的回收方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基外延片衬底的回收方法。

背景技术

随着发光二极管、光探测器等光电子产业的快速发展，基于三氧化二铝或碳化硅等衬底的GaN基外延片的产能得到了空前的提高。在生长GaN基外延片时，部分外延片的外观或者光电参数无法满足后续生产要求，需要对其进行报废或者降级处理。由于衬底材料在外延片的成本中占了相当大的比重，因此业界正在兴起对报废的外延片的衬底进行回收。

传统的GaN基外延片衬底回收方法一般包括干法刻蚀法和湿法腐蚀法。干法刻蚀方法一般使用能与GaN反应的强氧化气体氯气，在一定的压强、气体流量和等离子体环境下，对GaN进行物理化学性刻蚀。湿法腐蚀方法一般采用热的碱溶液对GaN进行腐蚀。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中采用干法刻蚀法回收GaN基外延片的衬底时，由于有等离子体偏压作用，会对外延片的衬底形成一定的损伤；采用湿法腐蚀方法回收GaN基外延片的衬底时，由于外延片的GaN比较稳定，湿法腐蚀很难获得高的腐蚀速率，使得去除GaN而回收衬底的产能很难提高。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种GaN基外延片衬底回收方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种GaN基外延片衬底的回收方法，所述方法包括：

将GaN基外延片放入真空的反应腔内，所述GaN基外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的n型GaN层、多量子阱层和p型GaN层，所述衬底为三氧化二铝衬底或者碳化硅衬底；

向所述反应腔内通入还原气体和催化气体，以使所述GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应，所述还原气体为氢气，所述催化气体为氯化氢气体，所述还原反应的产物为单质镓和氨气；

向反应腔内通入氯化氢气体和氢气时，根据下列的还原反应，GaN基外延片的GaN在氯化氢气体和氢气的作用下，在900℃～1100℃的高温下，分解为单质镓和氨气：

GaN+HCl↑+H₂↑→NH₃↑+GaCl↑；

2GaCl+H2↑→2HCl+2Ga；

在上述反应中，氯化氢气体为催化气体，且反应生成的单质镓以固体的形式脱离外延片而沉积于反应腔内。

优选地，在向所述反应腔内通入还原气体和催化气体，以使所述GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应时，所述方法还包括：

采用真空泵将所述反应腔内的气体泵出。

优选地，所述方法还包括：

收集所述真空泵泵出的气体。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将GaN基外延片放入真空的反应腔内，向反应腔内通入还原气体和催化气体，以使GaN基外延片的GaN发生还原反应，将GaN基外延片的GaN还原成单质镓和氨气，从而与衬底分离。该方法在高温环境下对衬底材料无物理和化学性损伤，保持了衬底的完整性，且该方法原理简单，过程可控，可以使GaN的分解速率较高，从而提高了衬底回收的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种GaN基外延片衬底的回收方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种GaN基外延片衬底的回收方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：将GaN基外延片放入真空的反应腔内。

具体地，GaN基外延片一般包括衬底、以及依次层叠在衬底上的n型GaN层、多量子阱层和p型GaN层。

具体地，衬底可以为三氧化二铝衬底或者是碳化硅衬底。

步骤102：向反应腔内通入还原气体和催化气体，以使GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应。

具体地，在本实施例中，还原气体可以为氢气。

具体地，在本实施例中，催化气体可以为氯化氢气体。

具体地，还原反应的反应温度为900℃～1100℃。

具体地，向反应腔内通入氯化氢气体和氢气时，根据下列的还原反应，GaN基外延片的GaN在氯化氢气体和氢气的作用下，在900℃～1100℃的高温下，会分解为单质镓和氨气：

GaN+HCl↑+H₂↑→NH₃↑+GaCl↑(1)

2GaCl+H2↑→2HCl+2Ga(2)

上述反应方程式(1)和(2)可以简化为下式的反应式(3)：

2GaN+3H2↑→2NH3↑+2Ga(3)

具体地，在上述反应中，氯化氢气体为催化气体。且反应生成的单质镓以固体的形式脱离外延片而沉积于反应腔内，从而便于被回收利用。通过采用氢气将GaN还原成单质镓和氨气，生成的单质镓和氨气会脱离衬底，从而得到完好的衬底。

优选地，在向反应腔内通入还原气体和催化气体，以使GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应时，该方法还包括：

采用真空泵将反应腔内的气体泵出。通过设置真空泵，可以将反应产生的氨气泵出。

进一步地，该方法还包括：

收集真空泵泵出的气体。

具体地，可以收集被真空泵泵出的氨气，对反应产物进行回收利用。

具体地，本实施例提供衬底回收方法在实际运用中，可以通过优化反应腔的真空度和/或通入气体的流量等工艺参数来提高GaN基外延片的GaN的分解速率，从而提高衬底的回收速度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将GaN基外延片放入真空的反应腔内，向反应腔内通入还原气体和催化气体，以使GaN基外延片的GaN发生还原反应，将GaN基外延片的GaN还原成单质镓和氨气，从而与衬底分离。该方法在高温环境下对衬底材料无物理和化学性损伤，保持了衬底的完整性，且该方法原理简单，过程可控，可以使GaN的分解速率较高，从而提高了衬底回收的速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种GaN基外延片衬底的回收方法，其特征在于，所述方法包括：

将GaN基外延片放入真空的反应腔内，所述GaN基外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的n型GaN层、多量子阱层和p型GaN层，所述衬底为三氧化二铝衬底或者碳化硅衬底；

向所述反应腔内通入还原气体和催化气体，以使所述GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应，所述还原气体为氢气，所述催化气体为氯化氢气体，所述还原反应的产物为单质镓和氨气；

向反应腔内通入氯化氢气体和氢气时，根据下列的还原反应，GaN基外延片的GaN在氯化氢气体和氢气的作用下，在900℃～1100℃的高温下，分解为单质镓和氨气：

GaN+HCl↑+H₂↑→NH₃↑+GaCl↑；

2GaCl+H2↑→2HCl+2Ga；

在上述反应中，氯化氢气体为催化气体，且反应生成的单质镓以固体的形式脱离外延片而沉积于反应腔内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向所述反应腔内通入还原气体和催化气体，以使所述GaN基外延片的GaN在真空下发生还原反应时，所述方法还包括：

采用真空泵将所述反应腔内的气体泵出。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

收集所述真空泵泵出的气体。