[发明专利]基于SiC衬底和LiCoO2

说明书

本发明公开了基于SiC衬底和LiCoO₂缓冲层的AlN单晶材料制备方法，主要解决现有技术制得的自支撑c面AlN单晶材料缺陷密度高，厚度小，物理强度差和剥离成本高的问题。其实现方案是：选用c面SiC作为衬底，以利于降低缺陷密度；选用LiCoO₂作为缓冲层，以利于制作厚度大于1μm的AlN单晶材料；在LiCoO₂缓冲层和外延AlN材料界面处使用化学腐蚀法或刻蚀法或隔热胶带法进行剥离；对剥离后的基片进行清洗与烘干，制得自支撑c面AlN单晶材料。本发明制作的自支撑c面AlN单晶材料缺陷密度低，厚度大，物理强度高，且剥离成本低，可用于制作柔性可穿戴器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种单晶材料制备方法，可用于制作柔性可穿戴器件。

技术背景

随着半导体制造工艺的发展，半导体器件被赋予更多的应用场景。例如在柔性可穿戴领域中，要求半导体器件能够集成在柔性而非刚性衬底上，使其获得贴合皮肤的柔性可穿戴特性。但是由于传统半导体器件均是在刚性衬底上制作的，然而刚性衬底不具备承受弯折应力的能力，因此基于刚性衬底的传统半导体器件不能实现柔性可穿戴。

针对以上问题，通常采用蓝宝石衬底剥离技术将刚性衬底上的外延结构剥离。先进光学材料期刊公开了Yanqing Jia,Transferable GaN Enabled by SelectiveNucleation ofAlN on Graphene for High-Brightness Violet Light-EmittingDiodes，如图1所示。该方法是先在c面蓝宝石衬底上，转移石墨烯缓冲层，通过MOCVD技术外延290nm厚的c面AlN单晶材料；然后从石墨烯和AlN界面剥离，获得自支撑AlN单晶材料。但是由于在蓝宝石衬底上直接外延AlN单晶材料时，晶格失配度大于10％，这会导致外延材料缺陷密度超过10¹⁰cm^-2数量级，因此需要引入石墨烯缓冲层降低晶格失配；然而又因石墨烯缓冲层缺乏AlN单晶成核的悬空键，AlN在缓冲层表面不能有效的成核生长，缺陷密度仍维持在10⁹cm^-2数量级；并且厚度仅290nm，造成AlN单晶材料物理强度低，剥离成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于c面SiC衬底和LiCoO₂缓冲层的AlN单晶材料制备方法，以降低单晶材料的缺陷密度，提高单晶材料的厚度，增强其物理强度，降低剥离成本。

实现本发明目的的技术方案是：选用c面SiC作为衬底，选用LiCoO₂作为缓冲层，在缓冲层上外延生长c面AlN单晶材料，再通过剥离得到自支撑c面AlN单晶材料，具体实现步骤如下：

(1)选用c面SiC作为衬底，以降低晶格失配度，并对该衬底进行打磨，清洗和热处理；

(2)选用50-100nm厚的LiCoO₂作为缓冲层，以降低外延材料的缺陷密度，并通过隔热胶带法将其转移到c面SiC衬底上；

(3)采用金属有机物化学气相淀积MOCVD技术在LiCoO₂缓冲层上外延生长1-50μm厚的c面AlN单晶材料；

(4)将已经外延AlN材料的基片固定，并选用化学腐蚀法、刻蚀法或隔热胶带法，从LiCoO₂缓冲层和AlN单晶材料的界面处进行剥离，使SiC衬底与LiCoO₂缓冲层脱落；

(5)将已经剥离衬底和缓冲层的基片取下，并进行清洗与烘干，制得1-50μm厚的自支撑c面AlN单晶材料。