CN115386959B - 一种氮化镓生长方法及氮化镓 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了氮化镓生长方法及氮化镓，包括以下步骤：提供一衬底；在该衬底上进行氮化镓生长，生长高质量氮化镓层；在高质量氮化镓层上生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层。本发明的有益效果是利用HVPE法生长氮化镓外延膜时，刻意在最表层生长一层质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层，因表层质量差，减薄时很容易将表层去除，从而能得到高质量的氮化镓层，提高氮化镓减薄时的良率，提高产品产量。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓单晶材料生长技术，尤其是涉及一种改善氮化镓减薄良率，提高产品产量的氮化镓生长方法及氮化镓。
背景技术
氮化镓( GaN) 材料是继第一代 Ge、Si 半导体材料和第二代 GaAs、InP 化合物半导体材料之后的第三代新型半导体电子材料，具有大的宽能带隙，高的电子饱和迁移率，低的介电常数，良好的化学稳定性和良好的光学性能GaN 晶片在电力电子器件、微电子器件及光电子器件等领域应用时，对表面加工质量的要求非常高，GaN 的晶格完整性和平整度依赖于晶片的表面加工质量，因此，作为氮化镓晶圆处理第一步的减薄工艺尤为重要。
如中国发明专利授权公告号CN110223918B公开了一种孔径式复合衬底氮化镓器件及其制备方法，其中，孔径式复合衬底氮化镓器件的制备方法包括步骤：对第一衬底的第一面进行刻蚀，形成若干凹槽；在若干所述凹槽中生长金刚石；对所述第一衬底的第二面进行减薄处理使所述金刚石露出，形成复合衬底；在所述复合衬底上生长氮化物材料，形成氮化物缓冲层。
中国发明专利公开号CN111900200A公开了一种金刚石基氮化镓复合晶片及其键合制备方法，该晶片具有氮化镓/成核层/碳化硅/金属中间层/金刚石衬底、氮化镓/金属中间层/金刚石衬底、氮化镓/陶瓷膜层/金属中间层/金刚石衬底等结构，主要制备步骤为：减薄氮化镓的碳化硅衬底，或者将碳化硅衬底完全剥离并减薄氮化镓层。
中国发明专利授权公告号CN102339751B公开了改善氮化镓基场效应管后道工艺的方法，采用改进的减薄研磨工艺降低衬底的厚度，具体的，对衬底背面进行减薄，是采用碳化硼(B4C) 进行的。
以上专利虽然都提到了减薄处理，但在现有的工艺条件下进行减薄处理时表面容易出现小裂纹，这些小裂纹会给后续的表面加工工艺带来不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是氮化镓减薄过程中表面容易出现小裂纹，为此提供一种氮化镓生长方法。
本发明的技术方案是：一种氮化镓生长方法，包括以下步骤：提供一衬底；在该衬底上进行氮化镓生长，生长高质量氮化镓层；在高质量氮化镓层上生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层。
上述方案中所述生长高质量氮化镓层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间8h -12h，氮化镓高质量层厚度在700μm -800μm。
上述方案中所述生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层的工艺温度在700℃-900℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间1h -2h，氮化镓预减薄层厚度在50μm -60μm。
上述方案中在生长所述高质量氮化镓层之前现在衬底上生长一层氮化镓缓冲层。
上述方案中所述氮化镓缓冲层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:50，时间3h -5h，氮化镓缓冲层厚度在10μm-30μm。
上述方案中在生长所述高质量氮化镓层之前在氮化镓缓冲层上生长氮化镓过渡层。
上述方案中所述氮化镓过渡层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:100过渡至反应气体HCl：NH3=1:20， 时间3h-4h，氮化镓过渡层厚度在100μm -200μm。
上述方案中所述衬底为自支撑氮化镓衬底。
氮化镓衬底，采用如上的氮化镓生长方法制造而成。
本发明的有益效果是利用HVPE法生长氮化镓外延膜时，刻意在最表层生长一层质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层，因表层质量差，减薄时很容易将表层去除，从而能得到高质量的氮化镓层，提高氮化镓减薄时的良率，提高产品产量。
附图说明
图1 是本发明的氮化镓生长方法的流程图；
图2 到图6 是本发明氮化镓生长方法的各步骤示意图；
图7是使用本发明生长完成的氮化镓与正常生长氮化镓的对比图；
图8是使用本发明生长的氮化镓减薄后的照片；
图9是通过SEM观察的照片；
图中，100、衬底，101、氮化镓缓冲层，102、氮化镓过渡层，103、高质量氮化镓层，104、预减薄氮化镓层。
具体实施方式
下面结合附图 ，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的核心思想在于，提供一种氮化镓生长方法，利用HVPE法生长氮化镓外延膜时，刻意在最表层生长一层质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层，因表层质量差，减薄时很容易将表层去除，从而能得到高质量的氮化镓层，提高氮化镓减薄时的良率，提高产品产量。
一种氮化镓生长方法：核心步骤如下：提供一衬底；在该衬底上进行氮化镓生长，生长高质量氮化镓层；在高质量氮化镓层上生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层。
氮化镓生长方法的一般步骤：
1.提供一衬底；
2.第一阶段，在衬底上生长一层氮化镓缓冲层；
3.第二阶段，生长氮化镓过渡层；
4.第三阶段，生长高质量氮化镓层；
5.第四阶段，生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层。
下面结合图2到图6，详细说明本发明的氮化镓生长方法。
如图2所示，提供一衬底100，所述衬底为自支撑氮化镓衬底。
如图3所示，利用HVPE法在衬底上生长一层氮化镓缓冲层101，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:50，时间3h-5h，氮化镓缓冲层厚度在10μm -30μm。
如图4所示，在氮化镓缓冲层上生长一层氮化镓过渡层102，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:100过渡至反应气体HCl：NH3=1:20， 时间3h-4h，氮化镓过渡层厚度在100-200um。
如图5所示，在过渡层上生长一层高质量氮化镓层103，工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间8h-12h，氮化镓高质量层厚度在700μm -800μm。
如图6所示，在高质量氮化镓层上生长一层质量差的预减薄氮化镓层104，工艺温度在800℃-1000℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间1h-2h，氮化镓预减薄层厚度在50μm -60μm。
实施例
提供一氮化镓自支撑衬底，利用HVPE技术在衬底上生长一层氮化镓缓冲层，工艺温度在1000℃-1200℃，具体可以是1000℃、1100℃或1200℃，腔室压力700torr -900torr，具体可以是700 torr、800 torr或900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:50，时间3h-5h，具体可以是3h、4h或5h，氮化镓缓冲层厚度在10μm -30μm，具体可以是10μm、20μm或30μm；在氮化镓缓冲层上生长一层氮化镓过渡层102，工艺温度在1000℃-1200℃，具体可以是1000℃、1100℃或1200℃，腔室压力700torr -900torr，具体可以是700 torr、800 torr或900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:100过渡至反应气体HCl：NH3=1:20， 时间3h-4h，具体可以是3h或4h，氮化镓过渡层厚度在100μm -200μm，具体可以是100μm、150μm或200μm；在过渡层上生长一层高质量的氮化镓层103，工艺温度在1000℃-1200℃，具体可以是1000℃、1100℃或1200℃，腔室压力700torr -900torr，具体可以是700 torr、800torr或900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间8h-12h，具体可以是8h、10h或12h，氮化镓高质量层厚度在700μm-800μm，具体可以是700μm、750μm或800μm；在高质量氮化镓层上生长一层质量差的预减薄氮化镓层104，工艺温度在700℃-900℃，具体可以是700℃、800℃或900℃，腔室压力700torr -900torr，具体可以是700 torr、800 torr或900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间1h或2h，氮化镓预减薄层厚度在50μm -60μm。生长完成的照片如图7右边所示。对其进行减薄处理，氮化镓表面无小裂纹，图8所示为减薄后的照片。对其细磨后，用SEM观察，氮化镓表面未发现小裂纹。证明采用本发明可以得到高质量的氮化镓层，提高氮化镓减薄时的良率，提高产品产量。
Claims (8)
1.一种氮化镓生长方法，其特征是：包括以下步骤：提供一衬底；在该衬底上进行氮化镓生长，生长高质量氮化镓层；在高质量氮化镓层上生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层；所述生长质量差、缺陷多的氮化镓预减薄层的工艺温度在700℃-900℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间1h -2h，氮化镓预减薄层厚度在50μm -60μm。
2.如权利要求1所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：所述生长高质量氮化镓层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:20，时间8h -12h，氮化镓高质量层厚度在700μm -800μm。
3.如权利要求1所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：在生长所述高质量氮化镓层之前现在衬底上生长一层氮化镓缓冲层。
4.如权利要求3所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：所述氮化镓缓冲层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900 torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:50，时间3h -5h，氮化镓缓冲层厚度在10μm -30μm。
5.如权利要求3所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：在生长所述高质量氮化镓层之前在氮化镓缓冲层上生长氮化镓过渡层。
6.如权利要求5所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：所述氮化镓过渡层的工艺温度在1000℃-1200℃，腔室压力700torr -900torr，载气H2：N2=1：1，反应气体HCl：NH3=1:100过渡至反应气体HCl：NH3=1:20， 时间3h -4h，氮化镓过渡层厚度在100μm -200μm。
7.如权利要求1所述的一种氮化镓生长方法，其特征是：所述衬底为自支撑氮化镓衬底。
8.氮化镓，其特征是：采用如权利要求1-7任一所述的氮化镓生长方法制造而成。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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