一种制备氮化物自支撑衬底的方法与流程

本发明涉及半导体衬底材料制备领域，尤其涉及一种激光剥离制备大尺寸氮化物自支撑衬底的方法。

背景技术：

二十世纪末，为了实现高频、宽带宽、高效率及大功率等优异性能器件的制备，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料加快了发展进程。目前，大尺寸氮化镓自支撑衬底的制备是前进道路上最大的障碍之一。其制备工艺，通常在蓝宝石衬底上异质外延氮化镓膜，然后采用激光剥离技术（laserlift-offtechnique）使得氮化镓膜与蓝宝石分离，从而得到自支撑氮化镓衬底。由于氮化镓在蓝宝石上异质外延过程中，存在较大的晶格失配和热胀失配，由此造成在激光剥离过程中，氮化镓膜较容易产生碎裂。

中国专利cn1779900a将氮化镓外延层粘附在承接衬底上，通过一个外接基板阻止激光剥离过程中氮化镓碎裂的发生，从而得到大面积氮化镓自支撑衬底；中国专利cn103839777a采用步进扫描方式的长条形激光光斑扫描照射蓝宝石衬底，通过激光光源的调节，实现大面积氮化镓膜的剥离；中国专利cn105720141a在氮化镓膜与蓝宝石基底之间生长激光阻挡层，通过在晶体生长过程中预先生长有利膜层，为激光剥离制备大尺寸氮化镓自支撑衬底奠定了基石。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种制备氮化物自支撑衬底的方法，有利于应力释放，很大程度上降低了激光剥离技术的难度，解决激光剥离中氮化物单晶层碎裂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种制备氮化物自支撑衬底的方法，包括以下步骤：

选取待加工的蓝宝石基底，该蓝宝石基底由至少两个经加工整形后的子蓝宝石基底拼接形成；

在蓝宝石基底上沉积氮化物形成氮化物层；

进行激光剥离，使激光从蓝宝石基底所在侧入射，对蓝宝石基底进行全面扫描，根据激光扫描的先后顺序，各个子蓝宝石基底依次与氮化物层分离，从而制备出氮化物自支撑衬底。

所述激光从蓝宝石基底所在侧入射后，从左至右依次激光条形扫描。

所述激光从蓝宝石基底所在侧入射后，从外圈向内圈依次激光环形扫描。

所述子蓝宝石基底经加工整形后的形状为三角形、四边形、多边形或不规则图形。

所述各个子蓝宝石基底的面积相等或者不相等。

所述构成蓝宝石基底的各个子蓝宝石基底之间，采用无外力约束的自由式拼接，或者相邻子蓝宝石基底之间采用胶水粘接，或者相邻子蓝宝石基底之间采用卡扣结构拼接。

所述在蓝宝石基底上沉积氮化物时采用的沉积方式为液相外延和/或气相外延，其中气相外延为金属有机物气相外延、氢化物气相外延或分子束外延，单独采用气相外延时为金属有机物气相外延、氢化物气相外延和分子束外延中的一种或者任意两种或者三种。

本发明通过利用多个子蓝宝石基底构成一个大尺寸的蓝宝石基底，在该大尺寸的蓝宝石基底上沉积氮化物，利用激光入射蓝宝石基底，从而使各个子蓝宝石基底依次的与氮化物分离，在分离的过程中氮化物得到了有效的应力释放，始终未发生碎裂或裂纹，从而制备出氮化物自支撑衬底。

附图说明

附图1为本发明中蓝宝石基底的实施例一示意图；

附图2为本发明中蓝宝石基底的实施例二示意图；

附图3为本发明在沉积温度范围时，蓝宝石基底上沉积氮化物的剖面示意图；

附图4为本发明降温到室温后的剖面示意图；

附图5为本发明激光扫描的实施方式一示意图；

附图6为本发明激光扫描的实施方式二示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如附图1、3和4所示，本发明揭示了一种制备氮化物自支撑衬底的方法，

s1，选取待加工的蓝宝石基底3，该蓝宝石基底3由至少两个经加工整形后的子蓝宝石基底11拼接形成，从而由至少两个较小尺寸的子蓝宝石基底组成一个大尺寸蓝宝石基底。

s2，在蓝宝石基底3上沉积氮化物形成氮化物层2。该氮化物包含各种含氮的化合物，如氮化镓、氮化铝等。沉积方式可采用金属有机物气相外延、氢化物气相外延和分子束外延等气相外延中的一种或者两种或者三种，或者采用液相外延，或者是液相处延与上述气相外延中的任意一种或者两种或者三种复合使用。

s3，进行激光剥离，使激光从蓝宝石基底所在侧入射，对蓝宝石基底进行全面扫描，根据激光扫描的先后顺序，各个子蓝宝石基底依次与氮化物层分离，从而制备出氮化物自支撑衬底。

另外，所述子蓝宝石基底经加工整形后的形状为三角形、四边形、多边形或不规则图形。各个子蓝宝石基底的面积相等或者不相等。

所述构成蓝宝石基底的各个子蓝宝石基底之间，采用无外力约束的自由式拼接，或者相邻子蓝宝石基底之间采用胶水粘接，或者相邻子蓝宝石基底之间采用卡扣结构拼接。

实施例一，如附图1所示，子蓝宝石基底11为正方形，各个子蓝宝石基底11无任何外力约束的状态下（蓝宝石基底3拼接界面不存在粘接材料），相互紧密放置在气相外延用的石墨盘上，拼接成6英寸的蓝宝石基底3。经氢化物气相外延技术（hvpe）生长500微米厚的氮化镓2，如图3所示，其中该剖面图按照附图1中的剖面线51进行剖面得到。然后降至室温取片，由于热胀系数与晶格常数的不匹配，氮化镓/蓝宝石复合衬底存在弯曲，如图4所示。如图5所示，激光4从蓝宝石所在侧入射，从左至右依次激光条形扫描，正方形子蓝宝石基底11依次与氮化镓分离，且在分离的过程中氮化镓2得到了有效的应力释放，始终未发生碎裂或裂纹，从而制备出6英寸氮化镓自支撑衬底。

实施例二，如附图2所示，先在子蓝宝石基底上经金属有机物气相外延技术（mocvd）生长3微米厚的氮化镓缓冲层，后加工整形成正六边形子蓝宝石基底12，将多片正方形子蓝宝石基底12相互使用粘接材料，放置在气相外延用的石墨盘上，拼接成4英寸的蓝宝石基底3。经分子束外延（mbe）生长300微米厚的氮化镓2。经附图2中的剖面线52剖面，得到如图6所示的剖面结构示意图，激光4从蓝宝石所在侧入射，从外圈向内圈依次激光环形扫描，正六边形子蓝宝石基底12依次与氮化镓2分离，且在分离的过程中氮化镓2得到了有效的应力释放，始终未发生碎裂或裂纹，从而制备出6英寸氮化镓自支撑衬底。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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。

技术特征：

技术总结
一种制备氮化物自支撑衬底的方法，包括以下步骤：选取待加工的蓝宝石基底，该蓝宝石基底由至少两个经加工整形后的子蓝宝石基底拼接形成；在蓝宝石基底上沉积氮化物形成氮化物层；进行激光剥离，使激光从蓝宝石基底所在侧入射，对蓝宝石基底进行全面扫描，根据激光扫描的先后顺序，各个子蓝宝石基底依次与氮化物层分离，从而制备出氮化物自支撑衬底。本发明有利于应力释放，很大程度上降低了激光剥离技术的难度，解决激光剥离中氮化物单晶层碎裂的问题，从而能够得到完整的大尺寸氮化物自支撑衬底。

技术研发人员：刘南柳;陈蛟;吴洁君;李文辉;张国义
受保护的技术使用者：东莞市中镓半导体科技有限公司
技术研发日：2017.05.08
技术公布日：2017.09.05