[发明专利]一种III族氮化物衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于第三代半导体衬底材料制备技术领域，涉及一种III族氮化物衬底的制备方法，具体地涉及一种低缺陷密度高晶体质量的III族氮化物衬底的制备方法。

背景技术

近年来，以氮化铝、氮化镓和氮化铟为代表的第三代半导体材料受到了产业界越来越多的关注，作为第三代半导体的代表性材料，氮化铝等氮化物材料具有优异的电学性能和光学性能，同时具有较宽带隙和直接带隙的优点，可形成高浓度、高迁移率的二维电子气，弥补了宽禁带半导体电子有效质量大、迁移率低的缺陷，材料本身导热性能优越，耐高温高压，材料做成器件后适合应用于条件恶劣的环境中，已经大量应用于各个领域。

但是AlN材料单晶的获取非常困难，传统方法通常都是在异质衬底（SiC，蓝宝石，硅）上直接生长AlN层，再用激光剥离方法或热膨胀自剥离方法脱离基体，再通过CMP工艺获得AlN衬底片。传统方法在剥离异质衬底时非常困难，在剥离过程中还会产生较大的热应力，会导致材料晶体质量的降低，在后续研磨抛光工艺中出现裂纹或导致产品的变形翘曲。

中国专利文献CN 102201503公开了一种III族氮化物衬底的生长方法，包括如下步骤：提供支撑衬底，所述支撑衬底的表面为第一III族氮化物半导体层；在支撑衬底的第一III族氮化物半导体层表面形成石墨烯层；在石墨烯层表面形成第二III族氮化物半导体层。此方法通过将制备得到的石墨烯从生长衬底上剥离，然后将石墨烯薄膜与PDMS 层构成的复合薄膜层压印在衬底上。该方法的石墨烯是通过转移得到的，存在以下缺陷：

1、通过化学气相沉积的方法或者石墨氧化还原方法制备的石墨烯大都是不连续的，质量也比较差，很难再在其表面生长出优质晶体质量的种子层。

2、从衬底上剥离得到石墨烯非常的困难，很容易引起石墨烯的褶皱和引入杂质。

3、工艺繁琐，先要剥离，还要转移。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种III族氮化物衬底的制备方法，选用碳化硅(SiC)衬底作为基体，通过SiC外延热分解法在SiC衬底的碳面或硅面外延生长大面积、高质量的多层石墨烯层，可以在多层石墨烯的表面沉积生长高质量的III族氮化物成核层。得到的III族氮化物衬底片应力小、缺陷密度低、晶体质量高。

本发明的技术方案是：

一种III族氮化物衬底的制备方法，包括以下步骤：

（1）选用碳化硅（SiC）衬底作为基体，在10^-6～10^-8Torr真空度下，通过RF射频将SiC衬底加热至850～1650℃，在外延热分解过程中通入惰性气体或惰性气体与H₂混合气作为载气，在SiC衬底的碳面或硅面外延生长多层石墨烯层；

（2）在多层石墨烯层表面沉积生长III族氮化物成核层；

（3）在III族氮化物成核层的表面生长厚层III族氮化物；

（4）通过机械剥离法剥离SiC基体，对剥离掉SiC基体的III族氮化物薄片的表面进行研磨抛光，获得III族氮化物衬底。

优选的，所述步骤（1）中，在SiC衬底的表面进行外延生长石墨烯层前，首先要在SiC衬底的表面进行H₂刻蚀，获得高质量的外延台阶，所述H₂刻蚀步骤如下：若在Si面外延生长，将温度加热至1400～1600℃时，通H₂，流量为90～130L/min，压力为80～100mbar，时间为90～120min；若是在C面外延生长，将温度加热至1400～1600℃时，通H₂，流量为60～90L/min，压力为900～1100mbar，时间为60～80min；

优选的，所述H₂刻蚀之后，将温度从1400～1600℃降至850～900℃，氢气流量变为1～3L/min，用时15～30min；

在850～900℃时，通SiH₄，流量为0.5～1mL/min，用时10～15min。

优选的，在通SiH₄之后通入惰性气体或惰性气体与H₂混合气，流量为8～15 L/min，压力为800～1000mbar，通过阶梯加温至石墨烯生长温度区间1400～1650℃。