CN106783579A - Iii族氮化物衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种III族氮化物衬底，所述衬底的III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％。本发明还提供了一种III族氮化物衬底的制备方法，包括如下步骤：提供一III族氮化物衬底；沿平行于所述衬底的III族元素面的方向切割所述衬底，以获得一被切割面为氮面的III族氮化物衬底；取所述被切割面为氮面的III族氮化物衬底，采用湿法腐蚀的方法去除切割形成的表面损伤层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种III族氮化物衬底及其制备方法。
背景技术
GaN等III族氮化物材料的外延生长优选采用同质的自支撑衬底。但是自支撑衬底价格昂贵，限制了这种衬底得到广泛应用。由于自支撑衬底通常是采用HVPE等快速生长手段获得的，对于2英寸的GaN衬底而言，厚度通常在350微米左右甚至更厚。如果能够将350微米的GaN衬底进行切割，得到厚度更薄的多片GaN衬底，从而降低每一片衬底的成本。一般而言，切割过程以及其他加工过程中，通常会引入表面损伤层，将会导致额外的表面应力。上述表面应力对于厚GaN材料的后续外延及器件制备，不会产生显著的影响，这主要是因为厚GaN衬底材料的机械强度较高。对于厚度较薄的GaN衬底而言，其机械强度较弱，上述表面损伤层将会导致表面应力，GaN衬底在后续使用过程中容易导致裂纹产生，大幅影响制造良率。
因此，针对厚度较薄的GaN衬底材料，如何去除表面损伤层，进而去除表面应力，是现有技术亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种去除了表面损伤层的衬底，以及用于去除表面损伤层的方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种III族氮化物衬底，所述衬底的III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％。
一般而言，III族氮化物衬底的III族元素面或者氮面是进一步外延的基础，表面通过研磨抛光工艺，去除了所有的损伤层。另外一面由于不需要进行后续的外延伸生长，一般做到光学级抛光或者研磨即可，存在一定的损伤层。与此同时，损伤层中存在大量晶体缺陷，将会导致表面应力的产生。与此同时，在阴极荧光谱测试中，上述表面损伤层中的缺陷产生的深能级对电子、空穴会有较强的捕获能力，从而导致了发光强度的大幅降低。通过对上述表面缺陷的去除，使得III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％，达到去除表面应力的目的，降低GaN衬底在后续使用过程中的开裂概率。
上述应力层的去除，对于薄层III族氮化物衬底材料尤为关键。当III族氮化物衬底的直径不大于2英寸，厚度范围处于30微米-150微米之间；当III族氮化物衬底的直径不大于4英寸，厚度范围处于30微米-250微米之间时；当III族氮化物衬底的直径不大于6英寸，厚度范围处于30微米-350微米之间时；必须将表面损伤层去除，使得III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％，达到去除表面应力的目的，降低GaN衬底在后续使用过程中的开裂概率。
本发明还提供了一种III族氮化物衬底的制备方法，包括如下步骤：提供一III族氮化物衬底；沿平行于所述衬底的III族元素面的方向切割所述衬底，以获得一被切割面为氮面的III族氮化物衬底；取所述被切割面为氮面的III族氮化物衬底，采用湿法腐蚀的方法去除切割形成的表面损伤层。
本发明采用湿法腐蚀的方法简单快速的将研磨损伤层除去，虽然并没有明显降低表面粗糙度的数值，但是由于表面的损伤层已经完全去除，因此不会在宏观上在表面引起额外的应力。该方法客服了一定要降低表面粗糙度来降低应力的技术偏见，通过湿法腐蚀迅速的降低了应力，获得了意想不到的技术效果。
附图说明
附图1所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。
附图2所示是本发明一具体实施方式对氮面实施湿法腐蚀后的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的III族氮化物衬底及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。步骤S10，提供一III族氮化物衬底；步骤S11，沿平行于所述衬底的III族元素面的方向切割所述衬底，以获得一被切割面为氮面的III族氮化物衬底薄片；步骤S12，取所述薄片，采用湿法腐蚀的方法去除切割形成的表面损伤层。
步骤S10中，所述III族氮化物衬底选自于GaN、AlN、和InN中的任意一种，或者由上述材料组合形成的多元化合物，例如AlxGa1-xN、InxGa1-xN、或者AlxInyGa1-x-yN等，III族元素之间的比例可以根据实际情况作出调整。上述材料所构成的衬底具有不同的两个表面，其一为III族元素面，另一个为氮面。对于HVPE以及MOCVD等外延手段来说，外延生长完毕后的表面通常是III族元素面。
步骤S11中，沿平行于所述衬底的III族元素面的方向切割所述衬底，以获得一被切割面为氮面的III族氮化物衬底薄片。切割可以采用线锯或者激光切割的方式实施。切割后获得的衬底薄片的氮面是被切割面，粗糙度较大。本具体实施方式中，切割面距离所述衬底的III族元素面的范围是30微米-150微米，以获得一III族氮化物衬底薄片。被切割后的另一部分衬底在表面抛光后如果厚度能够满足再次切割的要求，则仍然可以继续实施切割。
步骤S12中，取所述薄片，采用湿法腐蚀的方法去除切割形成的表面损伤层。所述湿法腐蚀所采用的腐蚀液采用磷酸、硫酸、盐酸、和硝酸中的任意一种或上述物质的混合液，腐蚀温度大于150度，腐蚀时间大于5分钟。经过上述腐蚀，研磨层被腐蚀去除，并在表面形成晶粒状突起。附图2所示是腐蚀后的扫描电镜图片。从图片上看其表面粗糙度仍然较高，但由于这些起伏是由微观的晶粒突起造成的，因此不会在宏观上在表面引起额外的应力。而研磨划痕是宏观的，不均匀的，因此会在表面造成额外的应力。
经过对腐蚀参数的调整，实验不同腐蚀程度对应力的影响。最终表明，只要所述衬底的III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％，即可以使两个面的应力达到平衡，满足外延生长的需求。对于有机械损伤的表面，阴极荧光谱会有一层较弱的发光层而导致表面的发光强度变低，两侧的阴极荧光谱发光强度差别较小则说明背面的机械损伤是被除去的。
本具体实施方式采用湿法腐蚀的方法简单快速的将研磨损伤层除去，虽然并没有明显降低表面粗糙度的数值，但是由于该粗糙度是由微观因素而非宏观因素造成的，因此不会在宏观上在表面引起额外的应力。该方法客服了一定要降低表面粗糙度来降低应力的技术偏见，通过湿法腐蚀迅速的降低了应力，获得了意想不到的技术效果。
实验表明，本具体实施方式所述方法能够满足范围是30微米-150微米的衬底薄片在进一步实施同质外延时不会再碎裂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种III族氮化物衬底，其特征在于，所述衬底的III族元素面与氮面之间的阴极荧光谱的发光强度之差低于III族元素面发光强度的50％。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物衬底，其特征在于，所述衬底的直径不大于2英寸，衬底的厚度范围是30微米-150微米。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物衬底，其特征在于，所述衬底的直径不大于4英寸，衬底的厚度范围是30微米-250微米。
4.根据权利要求1所述的III族氮化物衬底，其特征在于，所述衬底的直径不大于6英寸，衬底的厚度范围是30微米-350微米。
5.根据权利要求1所述的III族氮化物衬底，其特征在于，所述III族氮化物衬底选自于GaN、AlN、和InN中的任意一种，或者由上述材料组合形成的多元化合物。
6.一种III族氮化物衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一III族氮化物衬底；
沿平行于所述衬底的III族元素面的方向切割所述衬底，以获得一被切割面为氮面的III族氮化物衬底；
取所述被切割面为氮面的III族氮化物衬底，采用湿法腐蚀的方法去除切割形成的表面损伤层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述湿法腐蚀所采用的腐蚀液是磷酸、硫酸、盐酸、和硝酸中的任意一种或上述物质的混合液，腐蚀温度大于150度，腐蚀时间大于5分钟。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述衬底的直径不大于2英寸，去除损伤层后的衬底厚度范围是30微米-150微米。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述衬底的直径不大于4英寸，去除损伤层后的衬底厚度范围是30微米-250微米。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述衬底的直径不大于6英寸，去除损伤层后的衬底厚度范围是30微米-350微米。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，取被切割后的衬底中被切割面为III族元素面的衬底，抛光该衬底的III族元素面，并继续作为上述方法所采用的III族氮化物衬底。
12.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述III族氮化物衬底选自于GaN、AlN、和InN中的任意一种，或者由上述材料组合形成的多元化合物。
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