[发明专利]自支撑氮化镓层及其制作方法

说明书

本发明涉及一种自支撑氮化镓层的制作方法，包括：提供支撑衬底；在支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；在氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，图形化掩膜层内形成有若干个开口，开口暴露出氮化物缓冲层；于开口内及图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：至少于开口内形成第一氮化镓层，第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；于第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；将所得结构进行降温处理，以得到自支撑氮化镓层。本发明中掺杂的第一氮化镓层改变晶格取向倾向于横向生长，利于相邻开口内第一氮化镓层在图形化掩膜层弥合成片状，使得后续氮化镓层更容易剥离，提高了自支撑氮化镓层的结晶质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及氮化镓外延单晶衬底的制作方法。

背景技术

与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。

由于缺乏同质衬底，氮化镓、氮化铝等半导体长期以来是在蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等异质衬底上生长的，而氮化镓、氮化铝等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，进而影响了氮化镓、氮化铝等半导体基器件的性能，所以氮化镓、氮化铝等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，再加上部分产品生长过程中引入掺杂，使得质量较差，产品性能难以满足要求。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中存在的上述问题，提供一种自支撑氮化镓层及其制作方法。

一种自支撑氮化镓层的制作方法，包括：

提供支撑衬底；

在所述支撑衬底的表面形成氮化物缓冲层；

在所述氮化物缓冲层的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有若干个开口，所述开口暴露出所述氮化物缓冲层；

于所述开口内及所述图形化掩膜层的表面形成氮化镓层，包括如下步骤：

至少于所述开口内形成第一氮化镓层，所述第一氮化镓层为N型掺杂层或者半绝缘掺杂层；

于所述第一氮化镓层上形成第二氮化镓层，所述第二氮化镓层为半绝缘掺杂层；

将所得结构进行降温处理。

上述实施例的自支撑氮化镓层的制作方法中，第一氮化镓层先填充在图形化掩膜层的开口中并与开口底部暴露出的氮化物缓冲层接触，然后沿着开口向上生长，图形化掩膜层表面氮化镓不能或难以在其上生长，当生长的第一氮化镓层厚度超过图形化掩膜层厚度时，相邻开口内的第一氮化镓层边缘开始弥合并形成片状，由第一氮化镓层为N型掺杂层或半绝缘掺杂层，掺杂可以改变原本的晶格结构可以改善与氮化物缓冲层的接触，减少界面位错、缺陷，在开口内进行生长时对开口进行充分填充，开口填充结束后，掺杂的第一氮化镓层改变晶格取向倾向于横向生长，利于相邻开口内第一氮化镓层在图形化掩膜层弥合成片状，使得后续氮化镓层更容易剥离，提高了自支撑氮化镓层的结晶质量。

在其中一个实施例中，于所述衬底的表面形成所述氮化物缓冲层包括如下步骤：

于所述衬底的表面形成至少一层Mg_xIn_yGa_zAl_wN层作为所述氮化物缓冲层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1且x+y+z+w＝1。