[发明专利]半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法：包括如下步骤：提供衬底；于衬底上形成氮化物缓冲层；于氮化物缓冲层上形成多层图形化掩膜层，所述多层图形化掩膜层中的底层图形化掩膜层的材料包括硅基氧化物、硅基氮化物、金属氧化物及金属氮化物中的至少一种，顶层图形化掩膜层为图形化金属掩膜层。本发明有利于多层图形化掩膜层上形成的氮化镓层的自剥离；保证在多层图形化掩膜层上形成的氮化镓层的质量；不会存在金属掩膜层处剥离存在的在剥离过程中只能实现部分剥离而造成裂片，从而影响氮化镓层的质量的问题。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种多层掩膜的半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。

背景技术

氮化镓作为典型的第三代半导体材料，具有禁带带隙宽、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。

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；然而，现有的激光剥离工艺、机械剥离工艺及化学腐蚀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。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的上述问题，提供一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：

提供衬底；

于所述衬底上形成多层图形化掩膜层，其中，所述多层图形化掩膜层中的底层图形化掩膜层的材料包括硅基氧化物、硅基氮化物、金属氧化物及金属氮化物中的至少一种，顶层图形化掩膜层为图形化金属掩膜层。

上述实施例半导体结构的制备方法中，采用多层图形化掩膜层，且底层图形化掩膜层的材料包括硅基氧化物、硅基氮化物、金属氧化物及金属氮化物中的至少一种，顶层图形化掩膜层为图形化金属掩膜层的结构，即底层图形化掩膜层较为疏松，有利于多层图形化掩膜层上形成的氮化镓层的自剥离，但直接在其上生长氮化镓层会导致初次形成的晶胞侧壁一侧或多侧再次生长辅晶，辅晶会阻碍主晶胞间的横向生长闭合，很容易使得氮化镓晶体在初期通过横向外延过生长(ELOG)过程中形成麻点(pits)缺陷，甚至在横向不能完全闭合，从而严重影响后续快速生长的氮化镓的质量；而金属掩膜层虽然不具有上述问题，但是其分离过程容易出现部分剥离而造成裂片，影响生长良率。而本发明通过将多层图形化掩膜层的顶层设置为图形化金属掩膜层，氮化镓层形成于图形金属掩膜层上，可以避免辅晶问题的发生，保证在多层图形化掩膜层上形成的氮化镓层的质量；同时，避免了单独使用金属掩膜层存在的易部分剥离而造成的裂片问题，从而提高了氮化镓层的整片剥离良率。

在其中一个实施例中，于所述衬底上形成所述氮化物缓冲层包括如下步骤：

于所述衬底上形成至少一层第一氮化物缓冲层，所述第一氮化物缓冲层包括Mg_xIn_yGa_zAl_wN层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1且x+y+z+w＝1；

于所述第一氮化物缓冲层的表面形成第二氮化物缓冲层，所述第二氮化物缓冲层包括Mg_xIn_yGa_zAl_wN层，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0＜z≤1，0≤w≤1且x+y+z+w＝1。