[发明专利]一种制备无裂纹氮化物半导体衬底的方法

说明书

技术领域

本发明属于氮化物半导体技术领域，尤其涉及一种制备无裂纹氮化物半导体衬底的方法。

背景技术

近年来，宽禁带化合物半导体氮化镓以其优异的物理和化学性质成为国际上备受关注的半导体材料之一。GaN基的LED、LD、HBT、HEMT等器件得到了广泛的应用，尤其是蓝光和白光LED凭借低功耗、高亮度、寿命长、无污染等优点已成为半导体照明和显示领域的新宠，大大地迎合了现代人推崇环保、节能的要求。

由于缺乏同质衬底，GaN、AlN等III-V族化合物半导体长期以来是在蓝宝石、SiC、Si、GaAs等异质衬底上生长的，而GaN、AlN等III-V族化合物半导体与异质衬底之间存在着较大的晶格失配和热膨胀系数的失配，使得外延晶体产生了大量的位错和微裂纹，这些严重影响了晶体的质量，进而影响了GaN、AlN等III-V族化合物半导体基器件的性能，所以GaN、AlN等III-V族化合物半导体同质衬底的获得就成为解决晶体质量和提高器件性能有效途径。

HVPE法(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延法)以较高的生长速率和较低的设备成本成为量产氮化物衬底的优选方法，采用HVPE法在异质衬底上生长厚度超过200微米的氮化物，然后将异质衬底去掉，就得到自支撑氮化物衬底。但由于该氮化物层仍是在异质衬底上生长，降温时由于热失配造成很大的热应力，往往造成弯曲甚至开裂。为此人们采用在氮化物层与异质衬底之间加入缓冲层、金属层、以及作图形掩膜等方法，这在一定程度上能够释放应力，但程序往往过于复杂，需要的配套设备较为昂贵，成本较高，影响了量产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低廉且有效的制备无裂纹氮化物半导体衬底的方法。

为解决上述技术问题，本发明方法包括如下步骤：

步骤A、将异质衬底粘附在高温下较稳定且不会对氮化物造成污染的基底上，并将所述异质衬底的厚度控制在1～200微米之间；

步骤B、在所述异质衬底上生长一层较该异质衬底显著更厚的氮化物，该氮化物层的厚度最好是异质衬底厚度的三倍以上；

这样，由于所述异质衬底很薄，并且氮化物层显著较异质衬底厚，因而在氮化物生长结束后降温时，热应力造成的破裂往往发生在该异质衬底上而不是氮化物层上；

步骤C、在氮化物生长结束后降温，则所述异质衬底通常发生粉碎性破裂，再将氮化物层上残留的异质衬底去掉，以得到的氮化物层作为氮化物半导体衬底。

步骤A中，所述异质衬底可以是采用低熔点柔性金属压焊的方式来粘附到所述基底上的。

所述异质衬底可为蓝宝石或硅。

所述基底可为蓝宝石或硅。

步骤A中，所述异质衬底的厚度最好控制在5～150微米之间。

步骤A所述控制异质衬底厚度的方法具体可以为：在将所述异质衬底粘附到所述基底上后，将该异质衬底减薄。该方法具体还可以为：在将所述异质衬底粘附到所述基底之前，在另一支撑物上将所述异质衬底减薄。

在步骤B中，生长氮化物的方法可以为HVPE法，也可以为金属有机物化学气相沉积法或分子数外延法。

本发明有益效果为：

本发明方法中，由于异质衬底厚度已被减至很小，生长得到的氮化物厚度是异质衬底厚度的数倍，而衬底与基底之间通过柔性金属粘接，这样在生长结束后降温过程中，异质衬底产生的热应力强度不足以破坏氮化物层，破裂往往发生在异质衬底，而氮化物层保持完好。本发明相对于在氮化物层与异质衬底之间加入缓冲层、金属层、以及作图形掩膜等方法，成本显著更低，并且其实施简单，有利于实现量产氮化物半导体衬底。

附图说明

图1是将异质衬底用金属粘附到基底示意图；

图2是将异质衬底减薄后的示意图；

图3是在异质衬底上生长氮化物层后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。