CN107326435A - 一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，通过在SiC衬底表层下形成氢层，然后再在形成氢层的SiC衬底表层上生成GaN单晶，由于在生长GaN的过程中，SiC衬底经历了一千多度的热氛围，注入到SiC衬底中氢层会在SiC衬底中横向连成一层气泡，最后采用激光沿SiC衬底形成的氢层切割将GaN和SiC衬底剥离出来，即可完成生长GaN单晶的SiC衬底的剥离，避免造成剥离过程中GaN单晶受损，本方法简单快捷，避免了直接通过激光切割将生长GaN和SiC衬底剥离，避免了SiC衬底材料的浪费，通过在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，使得SiC衬底表层下的氢离子层处于富氢状态从而形成氢层，方法简单且形成氢层稳定。

Description

一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法

技术领域

本发明涉及生长GaN的SiC衬底的剥离技术，具体涉及一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法。

背景技术

传统的GaN单晶生长工艺是在蓝宝石衬底上外延GaN材料，然后通过激光剥离衬底，从而得到GaN单晶材料。由于蓝宝石衬底的晶格与GaN晶体晶格常数失配较大，因此，与GaN单晶有较好晶格匹配的SiC材料较蓝宝石衬底有很大优势。但是，SiC禁带宽度接近并略小于GaN材料，不能用激光剥离的方法去掉SiC衬底。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，具体包括以下步骤：

步骤1)、在SiC衬底表层下形成氢层；

步骤2)、在形成氢层的SiC衬底表层上生成GaN单晶；

步骤3)、从SiC衬底的氢层通过激光切割使SiC衬底和GaN单晶分离，从而实现生长GaN的SiC衬底剥离。

进一步的，具体的，步骤1)中，在SiC衬底下形成氢层前将SiC衬底依次通过丙酮、酒精和去离子水各超声清洗5-10min，然后通过氮气吹干，用于去除SiC衬底表面的氧化物；其中酒精浓度大于95％，浓硫酸浓度大于95％。

进一步的，具体的，步骤1)中，在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，使SiC衬底注入氢离子层处于富氢状态从而形成氢层。

进一步的，在室温下将能量为200keV量级的H⁺离子束注入SiC材料中，注入量为2×10¹⁷ions/cm²，注入方向由上至下倾斜7^o。

进一步的，将注入H⁺离子的SiC衬底氩气氛围下在850℃-950℃下退火5-15min形成氢层。

进一步的，步骤1)中，在SiC衬底表层下注入氢离子前在SiC衬底表面沉积氧化层，用于防止氢离子注入时的穿通效应；氧化层厚度为20-40nm。

进一步的，步骤2)中，在形成氢层的SiC衬底上通过MOCVD法生长GaN单晶，采用气压为4.5×10⁴-5.5×10⁴Pa，由氢气携带三甲基镓和氨气进入反应腔室，SiC衬底温度为950-1050℃；生长GaN厚度为400-600um。

进一步的，将步骤3)中激光切除后的GaN单晶通过化学机械研磨法除去GaN单晶表面的剩余SiC即可得到GaN单晶。

进一步的，将步骤3)中切除后的SiC衬底通过化学机械平坦化磨平以备下次使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果

本发明一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，通过在SiC衬底表层下形成氢层，然后再在形成氢层的SiC衬底表层上生成GaN单晶，由于在生长GaN的过程中，SiC衬底经历了一千多度的热氛围，注入到SiC衬底中氢层会在SiC衬底中横向连成一层气泡，最后采用激光沿SiC衬底形成的氢层切割将GaN和SiC衬底剥离出来，即可完成生长GaN单晶的SiC衬底的剥离，避免造成剥离过程中GaN单晶受损，本方法简单快捷，避免了直接通过激光切割将生长GaN和SiC衬底剥离，避免了SiC衬底材料的浪费。

进一步的，通过在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，使得SiC衬底表层下的氢离子层处于富氢状态从而形成氢层，方法简单且形成氢层稳定。

进一步的，通过SiC衬底注入氢层，将切除后的SiC衬底通过化学机械平坦化磨平以备下次使用，大大降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明氢离子注入结构示意图。

图2为本发明激光切割位置结构示意图。

图3为本发明SiC衬底分离结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，具体包括以下步骤：

步骤1)、在SiC衬底表层下形成氢层；

步骤2)、在形成氢层的SiC衬底表层上生成GaN单晶；

步骤3)、从SiC衬底的氢层通过激光切割使SiC衬底和GaN单晶分离，从而实现生长GaN的SiC衬底剥离。

具体的，步骤1)中，在SiC衬底下形成氢层前将SiC衬底依次通过丙酮、酒精和去离子水各超声清洗5-10min，然后通过氮气吹干，置于光学显微镜下观察，看表面是否洁净，采用这种处理方法除去SiC衬底表面的氧化物；其中酒精浓度大于95％，浓硫酸浓度大于95％；

步骤1)中，在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，在SiC衬底表层下注入氢离子前在SiC衬底表面沉积氧化层，用于防止氢离子注入时的穿通效应；氧化层厚度为20-40nm，室温下，将能量为200keV量级的H⁺离子束入射到SiC衬底表层中去，注入量为2×10¹⁷ions/cm²，注入方向倾斜7^o，H⁺会在SiC表面下1-1.4um处形成富氢状态，注入位置如图1所示；将注入H⁺离子的SiC衬底氩气氛围下在850℃-950℃下退火5-15min，以修复离子注入损伤，使SiC衬底注入氢离子层处于富氢状态从而形成氢层；

步骤2)中，在注氢的SiC衬底表层上通过MOCVD法生长GaN单晶；在生长GaN单晶前先去除SiC衬底表层上的氧化层，再清洗残留溶液，通过氮气吹干；用MOCVD方法在SiC衬底上生长GaN单晶，采用气压为4.5×10⁴-5.5×10⁴Pa，由氢气携带三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)进入反应腔室，SiC衬底温度为950-1050℃；生长GaN厚度为400-600um。

经过高温后，SiC衬底中的H⁺离子已经结合成为氢气，由于在生长GaN的过程中，SiC衬底经历了一千多度热氛围，注入的SiC中氢会在横向连成一层气泡，然后用激光在图2位置处切割；SiC衬底在氢气的压力下剥离下来，如图3所示，剥离出来的SiC抛光之后还可以重复利用，大大降低的GaN的制备成本；

将步骤3)中激光切除后的GaN单晶通过化学机械研磨除去GaN单晶表面的剩余SiC即可得到GaN单晶；

将步骤3)中切除后的SiC衬底通过化学机械平坦化磨平以备下次使用。

Claims (9)

1.一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1)、在SiC衬底表层下形成氢层；

步骤2)、在形成氢层的SiC衬底表层上生成GaN单晶；

步骤3)、从SiC衬底的氢层通过激光切割使SiC衬底和GaN单晶分离，从而实现生长GaN的SiC衬底剥离。

2.根据权利要求1所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，具体的，步骤1)中，在SiC衬底下形成氢层前将SiC衬底依次通过丙酮、酒精和去离子水各超声清洗5-10min，然后通过氮气吹干，用于去除SiC衬底表面的氧化物；其中酒精浓度大于95％，浓硫酸浓度大于95％。

3.根据权利要求1所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，具体的，步骤1)中，在SiC衬底表层下注入氢离子形成氢离子层，使SiC衬底注入氢离子层处于富氢状态从而形成氢层。

4.根据权利要求3所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，在室温下将能量为200keV量级的H⁺离子束注入SiC材料中，注入量为2×10¹⁷ions/cm²，注入方向由上至下倾斜7°。

5.根据权利要求4所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，将注入H⁺离子的SiC衬底氩气氛围下在850℃-950℃下退火5-15min形成氢层。

6.根据权利要求3所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，步骤1)中，在SiC衬底表层下注入氢离子前在SiC衬底表面沉积氧化层，用于防止氢离子注入时的穿通效应；氧化层厚度为20-40nm。

7.根据权利要求1所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，步骤2)中，在形成氢层的SiC衬底上通过MOCVD法生长GaN单晶，采用气压为4.5×10⁴-5.5×10⁴Pa，由氢气携带三甲基镓和氨气进入反应腔室，SiC衬底温度为950-1050℃；生长GaN厚度为400-600um。

8.根据权利要求1所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，将步骤3)中激光切除后的GaN单晶通过化学机械研磨法除去GaN单晶表面的剩余SiC即可得到GaN单晶。

9.根据权利要求1所述的一种生长GaN的SiC衬底的剥离方法，其特征在于，将步骤3)中切除后的SiC衬底通过化学机械平坦化磨平以备下次使用。