自支撑氮化镓层及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种自支撑氮化镓层及其制备方法。

背景技术：

第三代半导体材料由于能量禁带一般大于3.0电子伏，又被称为宽禁带半导体。相比于传统的硅基和砷化镓基半导体材料，宽禁带半导体(例如碳化硅、氮化镓、氮化铝及氮化铟等)由于具有特有的禁带范围、优良的光、电学性质和优异的材料性能，能够满足大功率、高温高频和高速半导体器件的工作要求，在汽车及航空工业、医疗、通讯、军事、普通照明及特殊条件下工作的半导体器件等方面具有十分广泛的应用前景。

氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有直接带隙宽、热导率高等优异性能而受到广泛关注。氮化镓相较于第一代和第二代半导体材料除了具有更宽的禁带(在室温下其禁带宽度为3.4ev)，可以发射波长较短的蓝光，其还具有高击穿电压、高电子迁移率、化学性质稳定、耐高温及耐腐蚀等特点。因此，氮化镓非常适合用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝、绿光和紫外光电子器件。目前，氮化镓半导体材料的研究和应用已成为全球半导体研究的前沿和热点。

然而，目前氮化镓的单晶生长困难、价格昂贵，大规模化的同质外延的生长目前仍没有可能。目前，氮化镓的生长大多仍采用异质外延，所选用的异质衬底有硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底；在异质衬底上生长氮化镓会带来晶格适配和热适配导致器件中存在残余应力影响其性能。为了进一步提高器件性能，需要将氮化镓从异质衬底上剥离以得到自支撑氮化镓层。

目前所采用的剥离工艺主要有激光剥离、自剥离、机械剥离及化学腐蚀剥离等。其中，激光剥离技术常应用于分离蓝宝石衬底上生长的氮化镓，但是，激光剥离对氮化镓晶体的平整度要求较高，且不易剥离较大尺寸的氮化镓晶体；自剥离技术利用热失配产生的应力作用于外延氮化镓晶体与异质衬底的特定连接处使得外延层和模板断裂分离，但是，现有的自剥离的过程中产生的热应力往往会造成氮化镓外延层的破裂，或者外延层无法剥离，自剥离技术对氮化镓晶体的生长工艺、图形化衬底的设计及制作要求较高，自剥离获得完整的氮化镓晶体成品率较低；机械剥离是使用机械研磨切削除去异质衬底，但是，机械剥离适用于硬度较低且易碎的异质衬底；化学腐蚀剥离应用能除去异质衬底且不易腐蚀氮化镓的化学试剂除去背部的异质衬底，化学剥离要求异质衬底的热稳定好且易于腐蚀。由上可知，激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀剥离工艺均需在氮化镓生长过程完成之后执行额外的剥离工艺，增加了工艺步骤及工艺复杂程度，从而增加了成本，同时，激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀剥离工艺对异质衬底均有苛刻的要求，普适性较差；现有的自剥离工艺虽然可以实现异质衬底与氮化镓的自剥离，但剥离过程中会对氮化镓的质量造成影响，成品率较低。

因此，如何改进自支撑氮化镓层及其制备方法，以避免上述缺陷的发生，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自支撑氮化镓层及其制备方法，用于解决现有技术中剥离工艺所存在的种种问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自支撑氮化镓层的制备方法，其中，所述自支撑氮化镓层的制备方法至少包括如下步骤：

提供一衬底；

于所述衬底上形成氮化镓外延层；采用激光刻蚀所述氮化镓外延层形成图形化氮化镓外延层，其中，所述图形化氮化镓外延层具有若干个图形开口；

于所述图形化氮化镓外延层上形成与所述图形开口相对应的图形化掩膜层，其中，所述图形化掩膜层覆盖所述图形开口的底部和侧壁；

进行热生长，使所述图形化氮化镓外延层生长，于所述图形化掩膜层上方形成氮化镓层，其中，所述氮化镓层与所述图形化掩膜层之间形成有若干个孔洞；剥离所述氮化镓层，以得到所述自支撑氮化镓层。

优选地，所述氮化镓外延层的激光刻蚀深度为大于等于所述氮化镓外延层的厚度的一半，且小于等于所述氮化镓外延层的厚度。

优选地，所述氮化镓外延层的激光刻蚀图形为条状或者点状，所述图形开口的宽度为10μm～100μm，相邻两个图形开口的间距为10μm～100μm。

优选地，所述氮化镓外延层的激光刻蚀深度和激光刻蚀图形通过调节激光束的波长、光斑大小、能量密度以及激光刻蚀时间来进行控制；其中，所述激光束的波长为220nm～248nm，所述激光束的能量密度为大于等于400mj/cm²。

优选地，所述自支撑氮化镓层的制备方法还包括如下步骤：

在采用激光刻蚀所述氮化镓外延层形成图形化氮化镓外延层之后，清洗所述图形化氮化镓外延层。

优选地，清洗所述图形化氮化镓外延层，具体方法为：

采用酸性溶液对所述图形化氮化镓外延层进行第一次清洗；

采样去离子水对所述图形化氮化镓外延层进行第二次清洗；

采用氮气氛围吹干所述图形化氮化镓外延层。

优选地，进行热生长，使所述图形化氮化镓外延层生长，于所述图形化掩膜层上方形成氮化镓层，具体方法为：

设置热生长条件，进行第一层热生长，使所述图形化氮化镓外延层作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在所述图形化掩膜层上方聚合，以得到氮化镓缓冲层，其中，所述氮化镓缓冲层与所述图形化掩膜层之间形成有若干个孔洞；

调节热生长条件，进行第二层热生长，且第二层热生长的生长速率高于第一层热生长的生长速率，以在所述氮化镓缓冲层上继续生长氮化镓厚膜，从而得到所述氮化镓层。

优选地，所述氮化镓缓冲层为低温氮化镓缓冲层、低压氮化镓缓冲层或高五三比氮化镓缓冲层中的一种或两种的叠加；其中，所述低温氮化镓缓冲层的生长温度为800℃～1000℃，所述低压氮化镓缓冲层的生长压力为30torr～600torr，所述高五三比氮化镓缓冲层的五三比为10～200。

优选地，进行热生长，使所述图形化氮化镓外延层生长，于所述图形化掩膜层上方形成氮化镓层，具体方法为：

多次调节热生长条件，进行多层热生长，且后一层热生长的生长速率高于前一层热生长的生长速率，以使所述图形化氮化镓外延层生长，在所述图形化掩膜层上方生长多层氮化镓薄膜，从而得到所述氮化镓层，其中，所述氮化镓层与所述图形化掩膜层之间形成有若干个孔洞。

在进行热生长时，热生长条件包括：热生长环境中通入氨气或者氨气与载气的混合气体，生长温度为900℃～1100℃，生长压力为1torr～400torr，五三比为5～600，氨气的流量为10sccm～50slm，其中，所述载气包括氮气、氢气、氦气或者氩气中的至少一种。

优选地，剥离所述氮化镓层，以得到所述自支撑氮化镓层，具体方法为：

在形成氮化镓层后，进行降温，将温度自然降至室温或者以5℃/min～30℃/min的降温速率降至室温，从而使所述氮化镓层自所述图形化氮化镓外延层与所述孔洞相间的图形柱处自动剥离，以得到所述自支撑氮化镓层。

优选地，所述图形化掩膜层采用铬、铜、钛、钨、镍或者二氧化硅中的任一种材料。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自支撑氮化镓层，其中，所述自支撑氮化镓层采用如上所述的自支撑氮化镓层的制备方法制备得到。

如上所述，本发明的自支撑氮化镓层及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明通过在衬底上形成氮化镓外延层，并采用激光刻蚀氮化镓外延层形成图形化氮化镓外延层，接着形成与图形化氮化镓外延层的图形开口相对应的图形化掩膜层，且图形化掩膜层覆盖图形开口的底部和侧壁，随后进行热生长，使图形化氮化镓外延层生长，在图形化掩膜层上方形成氮化镓层，最后剥离氮化镓层，得到自支撑氮化镓层；本发明对制备工艺要求较低，能够使氮化镓层从衬底上自动剥离，从而实现氮化镓层的快速自剥离，且自剥离过程中产生的热应力不会对氮化镓层造成影响，能够获得高成品率的自支撑氮化镓层。

另外，本发明在衬底上形成氮化镓外延层，氮化镓外延层可以同时作为后续刻蚀工艺的刻蚀层和后续氮化镓生长工艺的籽晶层，简化了工艺，节约了材料。同时，本发明采用激光刻蚀氮化镓外延层，由于激光束从氮化镓外延层的上表面垂直向下刻蚀，从而能够得到图形垂直度更好的图形化氮化镓外延层，且由于不采用化学试剂，不会造成图形化氮化镓外延层被化学试剂腐蚀，从而提高了图形化氮化镓外延层的质量，作为后续氮化镓生长工艺的籽晶层，进而提高了氮化镓层的生长质量。同时，本发明在形成氮化镓层的过程中，图形化氮化镓外延层作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层上方聚合，最终形成表面光滑的氮化镓层，而由于图形化掩膜层仅覆盖图形开口的底部和侧壁，因而在图形化掩膜层和氮化镓层之间会形成孔洞，孔洞不仅可以释放随后生长的氮化镓层晶格间的应力，进一步提高氮化镓层的生长质量，还有助于实现后续剥离工艺中氮化镓层的自剥离。

附图说明

图1显示为本发明第一实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法的流程示意图。

图2～图8显示为本发明第一实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法中各步骤的具体结构示意图。

元件标号说明

100衬底

200氮化镓外延层

201图形化氮化镓外延层

202图形开口

300图形化掩膜层

400氮化镓层

401孔洞

402自支撑氮化镓层

s1～s6步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图8，本发明的第一实施方式涉及一种自支撑氮化镓层的制备方法。需要说明的是，本实施方式中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施方式的自支撑氮化镓层402的制备方法至少包括如下步骤：

步骤s1，提供一衬底100，请参阅图2。

作为示例，衬底100可以为硅衬底100、蓝宝石衬底100、碳化硅衬底100、砷化镓衬底100或者氮化镓衬底100中的任一种。

步骤s2，于衬底100上形成氮化镓外延层200，请参阅图3。

作为示例，氮化镓外延层200可以为低温氮化镓层、掺杂氮化镓层或者不同切面(offcut)的氮化镓层，请对offcut做具体定义。其中，低温氮化镓层的生长温度为800℃～1000℃，掺杂氮化镓层所掺杂的元素包括铁、硫、硅、碲、氧或碳中的至少一种。

作为示例，氮化镓外延层200的厚度为0.5μm～10μm。优选地，氮化镓外延层200的厚度为1μm～9μm，例如：2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm或者8μm。

作为示例，氮化镓外延层200采用mocvd工艺或氨热法形成于衬底100上。需要说明的是，采用mocvd工艺或氨热法形成氮化镓外延层200的工艺为本领域人员所熟知，此处不再累述。

步骤s3，采用激光刻蚀氮化镓外延层200形成图形化氮化镓外延层201，其中，图形化氮化镓外延层201具有若干个图形开口202，请参阅图4。

作为示例，为了使后续生长的氮化镓与图形开口202内的图形化掩膜层300之间能够形成孔洞401，氮化镓外延层200的激光刻蚀深度d为大于等于氮化镓外延层200的厚度的一半，且小于等于氮化镓外延层200的厚度。优选地，氮化镓外延层200的激光刻蚀深度d为大于等于氮化镓外延层200的厚度的3/4，且小于等于氮化镓外延层200的厚度。最优地，氮化镓外延层200的激光刻蚀深度d等于氮化镓外延层200的厚度。在氮化镓外延层200的激光刻蚀深度d为等于氮化镓外延层的厚度时，图形开口202暴露部分衬底100，能够使后续生长的氮化镓与图形开口202内的图形化掩膜层300之间形成的孔洞401的面积最大，从而能够最大限度地释放随后生长的氮化镓层晶格间的应力，得到质量最佳的氮化镓层400，并能够实现后续剥离工艺中氮化镓层400的快速自剥离，最终获得高成品率的自支撑氮化镓层402。

作为示例，氮化镓外延层200的激光刻蚀图形为条状或者点状，激光刻蚀完成后，图形化氮化镓外延层201中包括若干个图形开口202和与图形开口202相间分布的若干个图形柱，图形柱为条状或者点状；图形开口(即氮化镓外延层200的每个刻蚀区域)202的宽度为1μm～100μm，优选50μm；相邻两个图形开口202的间距为10μm～100μm，优选50μm。

作为示例，氮化镓外延层200的激光刻蚀深度和激光刻蚀图形通过调节激光束的波长、光斑大小、能量密度以及激光刻蚀时间来进行控制；其中，激光束的波长为220nm～248nm，激光束的能量密度为大于等于400mj/cm²。需要说明的是，激光束能够使氮化镓外延层200的刻蚀区域发生分解反应而被刻蚀，反应式：2gan＝2ga+n2。此外，在进行激光刻蚀时，激光束从氮化镓外延层200的上表面垂直向下刻蚀，并按照一定的刻蚀路径完成所需图形的刻蚀，从而能够得到图形垂直度更好的图形化氮化镓外延层201，其中，刻蚀路径可以根据需要进行设置，优选地，刻蚀路径为折线型扫描或螺旋型扫描。

步骤s4，于图形化氮化镓外延层201上形成与图形开口202相对应的图形化掩膜层300，其中，图形化掩膜层300覆盖图形开口202的底部和侧壁，请参阅图5。

作为示例，图形化掩膜层300采用铬、铜、钛、钨、镍或二氧化硅中的任一种材料。此外，图形化掩膜层300的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，图形化掩膜层300的厚度可以为但不仅限于10nm～2000nm，更优地，图形化掩膜层300的厚度可以为50nm～1000nm。

作为示例，根据图形化氮化镓外延层201的图形，采用黄光工艺制备图形化掩膜层300，图形化掩膜层300具有掩膜开口，且图形化掩膜层300覆盖图形开口202的底部和侧壁，其中，掩膜开口的形状、位置和宽度均与图形化氮化镓外延层201的图形完全一致。需要说明的是，采用黄光工艺制备图形化掩膜层300的工艺为本领域人员所熟知，此处不再累述。

步骤s5，进行热生长，使图形化氮化镓外延层201生长，于图形化掩膜层上方形成氮化镓层400，其中，氮化镓层400与图形化掩膜层300之间形成有若干个孔洞401，请参阅图6和图7。

其中，在进行热生长时，热生长条件包括：热生长环境中通入氨气或者氨气与载气的混合气体，生长温度为900℃～1100℃，生长压力为1torr～400torr，五三比为5～600，氨气的流量为10sccm～50slm，其中，所述载气包括氮气、氢气、氦气或者氩气中的至少一种。

需要说明的是，在形成氮化镓层400的过程中，图形化氮化镓外延层201作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层300上方聚合，最终形成表面光滑的氮化镓层400，而由于图形化掩膜层300仅覆盖图形开口202的底部和侧壁，因而当图形化氮化镓外延层201生长并聚合在图形化掩膜层300上方时，会在图形化掩膜层300和聚合形成的氮化镓层之间形成孔洞401，孔洞401不仅可以释放随后生长的氮化镓层晶格间的应力，进一步提高氮化镓层400的生长质量，还有助于实现后续剥离工艺中氮化镓层400的自剥离。

作为示例，可以采用金属有机化学气相沉积工艺、分子束外延工艺或氢化物气相外延工艺使图形化氮化镓外延层201生长，于图形化掩膜层300上方形成氮化镓层400。

作为示例，进行热生长的具体操作为：先将步骤s4得到的结构置于氢化物气相外延设备中，氢化物气相外延设备内包括镓舟区及衬底区，步骤s4得到的结构位于衬底区；然后向镓舟区通入氯化氢以生成氯化镓，随后将生成的氯化镓通入到衬底区；最后再向衬底区通入氨气或者氨气与载气的混合物，氨气与氯化镓反应使图形化氮化镓外延层201生长，从而在图形化掩膜层300上方形成氮化镓层400。其中，氯化氢的流量为1sccm～3000sccm，优选地，氯化氢的流量为10sccm～2000sccm，更优地，氯化氢的流量为20sccm～1000sccm；氨气的流量为10sccm～50slm，优选地，氨气的流量为20sccm～40slm，更优地，氨气的流量为30sccm～30slm；生长温度为900℃～1100℃，优选地，生长温度为950℃～1080℃，更为优选地，生长温度为970℃～1070℃；生长压力为1torr～400torr，优选10torr～300torr，更优选20torr～200torr，最优选50torr～100torr；五三比(即氮元素与镓元素的摩尔比)为5～600，优选地，五三比为7～300，更优地，五三比为10-100。

在本实施方式中，步骤s5的具体方法为：

步骤s51，设置热生长条件，进行第一层热生长，使图形化氮化镓外延层201作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层300上方聚合，如图6所示，以得到氮化镓缓冲层，其中，氮化镓缓冲层与图形化掩膜层300之间形成有若干个孔洞401。

需要说明的是，在形成氮化镓缓冲层的过程中，图形化氮化镓外延层201作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层300上方聚合，最终形成表面光滑的氮化镓缓冲层，而由于图形化掩膜层300仅覆盖图形开口202的底部和侧壁，因而当氮化镓缓冲层形成在图形化掩膜层300上方时，会在图形化掩膜层300和氮化镓缓冲层之间形成孔洞401，孔洞401不仅可以释放随后生长的氮化镓厚膜晶格间的应力，进一步提高氮化镓层400的生长质量，还有助于实现后续剥离工艺中氮化镓层400的自剥离。

作为示例，氮化镓缓冲层为低温氮化镓缓冲层、低压氮化镓缓冲层或高五三比氮化镓缓冲层中的一种或两种的叠加；其中，低温氮化镓缓冲层为生长温度低于后续氮化镓厚膜生长温度的氮化镓缓冲层，低压氮化镓缓冲层为生长压力低于常压的氮化镓缓冲层，高五三比氮化镓缓冲层为形成过程中五三比大于后续氮化镓厚膜形成过程中五三比的氮化镓缓冲层。其中：

氮化镓缓冲层可以为低温氮化镓缓冲层，其生长温度为900℃～1000℃，其厚度为1μm～100μm，优选5μm～70μm，更优选10μm～50μm。低温氮化镓缓冲层可以减少后续生长的氮化镓厚膜内的位错密度，提高氮化镓层500的质量。

氮化镓缓冲层还可以为低压氮化镓缓冲层，其生长压力为30torr～600torr，优选10torr～300torr，更优选20torr～200torr，最优选50torr～100torr。低压氮化镓缓冲层的生长温度为900℃～1100℃，厚度为1μm～100μm，优选厚度为5μm～50μm，更优选厚度为10μm～30μm。氮化镓在低压条件下更倾向于横向外延生长，低压条件增加了氮化镓外延生长的侧向生长速率，促进了图形化氮化镓外延层201作为籽晶层横向聚合连接的速率，可以在此横向聚合后的低压氮化镓缓冲层上继续生长氮化镓厚膜，为氮化镓厚膜的生长提供了材质相同的生长衬底，可以提高后续生长的氮化镓厚膜的表面平整度，进而提高了氮化镓层500的质量，降低了其位错密度。

氮化镓缓冲层还可以为高五三比(氮与镓的摩尔比)氮化镓缓冲层，高五三比氮化镓缓冲层生长过程中的五三比大于后续生长的氮化镓厚膜的五三比，高五三比氮化镓缓冲层的五三比为10～200，优选五三比为20～100，更优选五三比为30～80。高五三比氮化镓缓冲层的厚度可以为1μm～100μm，优选厚度为5μm～70μm，更优选厚度为10μm～60μm。高五三比氮化镓缓冲层的生长温度为900℃～1100℃。高五三比氮化镓缓冲层的晶格结构与后续在其上表面生长的氮化镓厚膜的晶格结构相同，同时，后续生长的氮化镓厚膜可以在高五三比氮化镓缓冲层上预先横向聚合，再在此基础上继续进行氮化镓厚膜的生长，有利于降低晶格应力，降低位错密度，进而提高得到的氮化镓层500的质量。

作为示例，在形成氮化镓缓冲层后还可以进行高温退火，进一步减少后续生长的氮化镓厚膜晶体的位错密度，从而提高得到的氮化镓层的质量。其中，在进行高温退火时，退火温度为1000℃-1300℃，退火压力大于等于常压(760torr)，退火环境中通入氮气、氢气、氨气、氩气中的一种或几种。优选地，高温退火的退火温度为1040℃-1200℃，更优地，高温退火的退火温度为1050℃-1150℃，最优地，高温退火的退火温度为1060℃-1100℃。优选地，高温退火的退火环境为氮气、氢气和氨气中的一种或几种，更优地，高温预退火的退火环境为氢气和/或氨气。

步骤s52，调节热生长条件，进行第二层热生长，且第二层热生长的生长速率高于第一层热生长的生长速率，以在氮化镓缓冲层上继续生长氮化镓厚膜，从而得到氮化镓层400，如图7所示。

作为示例，氮化镓厚膜的厚度为300μm～5000μm，优选400μm～4000μm，更优选500μm～3000μm。

作为示例，通过调节热生长条件来调节氮化镓晶体层的结构，其中，调节热生长条件的方法至少包括控制所通入氨气或者所通入氨气和载气的流量和浓度，以及五三比等。

需要进一步说明的是，在步骤s4中，当图形化掩膜层300采用铬、铜、钛、钨或者镍中的任一种材料时，在热生长氮化镓层400的过程中，图形化掩膜层300也会发生氮化反应，反应后图形化掩膜层300内形成有若干个小孔；当图形化掩膜层300采用的材料为二氧化硅时，在热生长氮化镓层400的过程中，图形化掩膜层300不会发生任何反应，图形化掩膜层300内也不会形成有小孔。

步骤s6，剥离氮化镓层400，以得到自支撑氮化镓层402，请参阅图8。

在本实施方式中，步骤s6的具体方法为：

在形成氮化镓层400后，进行降温，将温度自然降至室温或者以5℃/min～30℃/min的降温速率降至室温，从而使氮化镓层400自图形化氮化镓外延层201与孔洞401相间的图形柱处自动剥离，以得到自支撑氮化镓层402。

需要说明的是，当图形化掩膜层300内没有形成小孔时，在降温过程中，氮化镓层400自图形化氮化镓外延层201与孔洞401相间的图形柱处自动剥离；当图形化掩膜层300内形成有小孔时，在降温过程中，氮化镓层400自图形化掩膜层300内部的小孔处以及氮化镓层400自图形化氮化镓外延层201与孔洞401相间的图形柱处自动剥离。

值得一提的是，氮化镓层400在自动剥离之后，还需要对剥离面进行表面处理，以去除残留的图形化氮化镓外延层201及图形化掩膜层300等，并对氮化镓层400的表面进行研磨抛光等处理，以得到所需厚度、表面平整度较高的自支撑氮化镓层402，如图8所示。

本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法，通过在衬底100上氮化镓外延层200，并采用激光刻蚀氮化镓外延层200形成图形化氮化镓外延层201，接着形成与图形化氮化镓外延层201的图形开口202相对应的图形化掩膜层300，且图形化掩膜层300覆盖图形开口202的底部和侧壁，随后进行热生长，使图形化氮化镓外延层201生长，在图形化掩膜层300上方形成氮化镓层400，最后剥离氮化镓层400，得到自支撑氮化镓层402；本实施方式对制备工艺要求较低，能够使氮化镓层400从衬底上自动剥离，从而实现氮化镓层400的快速自剥离，且自剥离过程中产生的热应力不会对氮化镓层400造成影响，能够获得高成品率的自支撑氮化镓层402。

另外，本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法，在衬底100上形成氮化镓外延层200，氮化镓外延层200可以同时作为后续刻蚀工艺的刻蚀层和后续氮化镓生长工艺的籽晶层，简化了工艺，节约了材料。同时，本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法，采用激光刻蚀氮化镓外延层200，由于激光束从氮化镓外延层的上表面垂直向下刻蚀，从而能够得到图形垂直度更好的图形化氮化镓外延层201，且由于不采用化学试剂，不会造成图形化氮化镓外延层被化学试剂腐蚀，从而提高了图形化氮化镓外延层的质量，作为后续氮化镓生长工艺的籽晶层，进而提高了氮化镓层400的生长质量。同时，本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法，在形成氮化镓层400的过程中，图形化氮化镓外延层201作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层300上方聚合，最终形成表面光滑的氮化镓层，而由于图形化掩膜层300仅覆盖图形开口202的底部和侧壁，因而在图形化掩膜层300和氮化镓层之间会形成孔洞401，孔洞401不仅可以释放随后生长的氮化镓层晶格间的应力，进一步提高氮化镓层400的生长质量，还有助于实现后续剥离工艺中氮化镓层400的自剥离。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明的第二实施方式涉及一种自支撑氮化镓层的制备方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，步骤s5通过热生长氮化镓缓冲层和氮化镓厚膜，从而形成氮化镓层400；而在本实施方式中，步骤s5通过热生长多层氮化镓薄膜形成氮化镓层400，此外，本实施方式中在步骤s3和步骤s4之间还增加了清洗图形化氮化镓外延层201的步骤。具体地说：

本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法还包括如下步骤：在步骤s3之后，清洗图形化氮化镓外延层201。

在本实施方式中，清洗图形化氮化镓外延层201，具体方法为：

首先，采用酸性溶液对图形化氮化镓外延层201进行第一次清洗。

其次，采样去离子水对图形化氮化镓外延层201进行第二次清洗。

最后，采用氮气氛围吹干图形化氮化镓外延层201。

作为示例，酸性溶液可以采用盐酸、稀硫酸、稀硝酸、氢氟酸或者双氧水中的一种或几种。

需要说明的是，在激光刻蚀后，刻蚀区域(即图形开口202内)会出现残留的金属镓，为了避免残留的金属镓对后续氮化镓层的生长造成影响而降低获得的自支撑氮化镓层的质量，需要本实施方式的清洗步骤对图形化氮化镓外延层201进行彻底清洗，从而得到干净的图形化氮化镓外延层201。

另外，在本实施方式中，步骤s5的具体方法为：

多次调节热生长条件，进行多层热生长，且后一层热生长的生长速率高于前一层热生长的生长速率，以使图形化氮化镓外延层201生长，在图形化掩膜层300上生长多层氮化镓薄膜，从而得到氮化镓层400。

作为示例，每层氮化镓薄膜的生长温度为900℃～1100℃，优选地，生长温度为950℃～1080℃，更为优选地，生长温度为970℃～1070℃；氮化镓薄膜的厚度小于300μm，优选1μm～100μm，更优选5μm～70μm，最优选10μm～50μm。

本实施方式的自支撑氮化镓层的制备方法，通过清洗图形化氮化镓外延层201，并多次热生长形成氮化镓层400，能够有效提高晶体质量并降低裂片，从而进一步提高获得的自支撑氮化镓层402的成品率。

由于本实施方式是与本发明第一实施方式的基础之上进行的改进，因此第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第一实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第三实施方式涉及一种自支撑氮化镓层，其中，自支撑氮化镓层402采用上述第一实施方式或第二实施方式所涉及的自支撑氮化镓层的制备方法制备得到。

由于本实施方式的自支撑氮化镓层402是采用本发明第一实施方式或第二实施方式所涉及的自支撑氮化镓层的制备方法制备得到的，因而对制备工艺要求较低，氮化镓层400能够从衬底100上自动剥离，且在自剥离过程中不会受到热应力影响，从而大大提高了自支撑氮化镓层402的成品率。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式或第二实施方式相对应的产品实施方式，第一实施方式或第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

综上所述，本发明的自支撑氮化镓层及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明通过在衬底上形成氮化镓外延层，并采用激光刻蚀氮化镓外延层形成图形化氮化镓外延层，接着形成与图形化氮化镓外延层的图形开口相对应的图形化掩膜层，且图形化掩膜层覆盖图形开口的底部和侧壁，随后进行热生长，使图形化氮化镓外延层生长，在图形化掩膜层上方形成氮化镓层，最后剥离氮化镓层，得到自支撑氮化镓层；本发明对制备工艺要求较低，能够使氮化镓层从衬底上自动剥离，从而实现氮化镓层的快速自剥离，且自剥离过程中产生的热应力不会对氮化镓层造成影响，能够获得高成品率的自支撑氮化镓层。

另外，本发明在衬底上形成氮化镓外延层，氮化镓外延层可以同时作为后续刻蚀工艺的刻蚀层和后续氮化镓生长工艺的籽晶层，简化了工艺，节约了材料。同时，本发明采用激光刻蚀氮化镓外延层，由于激光束从氮化镓外延层的上表面垂直向下刻蚀，从而能够得到图形垂直度更好的图形化氮化镓外延层，且由于不采用化学试剂，不会造成图形化氮化镓外延层被化学试剂腐蚀，从而提高了图形化氮化镓外延层的质量，作为后续氮化镓生长工艺的籽晶层，进而提高了氮化镓层的生长质量。同时，本发明在形成氮化镓层的过程中，图形化氮化镓外延层作为籽晶层成核并生长晶体，随后通过侧向生长在图形化掩膜层上方聚合，最终形成表面光滑的氮化镓层，而由于图形化掩膜层仅覆盖图形开口的底部和侧壁，因而在图形化掩膜层和氮化镓层之间会形成孔洞，孔洞不仅可以释放随后生长的氮化镓层晶格间的应力，进一步提高氮化镓层的生长质量，还有助于实现后续剥离工艺中氮化镓层的自剥离。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施方式进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。