本發(fā)明涉及半導(dǎo)體襯底材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種激光剝離制備大尺寸氮化物自支撐襯底的方法。

背景技術(shù)：

二十世紀(jì)末，為了實(shí)現(xiàn)高頻、寬帶寬、高效率及大功率等優(yōu)異性能器件的制備，以氮化鎵為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料加快了發(fā)展進(jìn)程。目前，大尺寸氮化鎵自支撐襯底的制備是前進(jìn)道路上最大的障礙之一。其制備工藝，通常在藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延氮化鎵膜，然后采用激光剝離技術(shù)（laserlift-offtechnique）使得氮化鎵膜與藍(lán)寶石分離，從而得到自支撐氮化鎵襯底。由于氮化鎵在藍(lán)寶石上異質(zhì)外延過(guò)程中，存在較大的晶格失配和熱脹失配，由此造成在激光剝離過(guò)程中，氮化鎵膜較容易產(chǎn)生碎裂。

中國(guó)專利cn1779900a將氮化鎵外延層粘附在承接襯底上，通過(guò)一個(gè)外接基板阻止激光剝離過(guò)程中氮化鎵碎裂的發(fā)生，從而得到大面積氮化鎵自支撐襯底；中國(guó)專利cn103839777a采用步進(jìn)掃描方式的長(zhǎng)條形激光光斑掃描照射藍(lán)寶石襯底，通過(guò)激光光源的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)大面積氮化鎵膜的剝離；中國(guó)專利cn105720141a在氮化鎵膜與藍(lán)寶石基底之間生長(zhǎng)激光阻擋層，通過(guò)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中預(yù)先生長(zhǎng)有利膜層，為激光剝離制備大尺寸氮化鎵自支撐襯底奠定了基石。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備氮化物自支撐襯底的方法，有利于應(yīng)力釋放，很大程度上降低了激光剝離技術(shù)的難度，解決激光剝離中氮化物單晶層碎裂的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種制備氮化物自支撐襯底的方法，包括以下步驟：

選取待加工的藍(lán)寶石基底，該藍(lán)寶石基底由至少兩個(gè)經(jīng)加工整形后的子藍(lán)寶石基底拼接形成；

在藍(lán)寶石基底上沉積氮化物形成氮化物層；

進(jìn)行激光剝離，使激光從藍(lán)寶石基底所在側(cè)入射，對(duì)藍(lán)寶石基底進(jìn)行全面掃描，根據(jù)激光掃描的先后順序，各個(gè)子藍(lán)寶石基底依次與氮化物層分離，從而制備出氮化物自支撐襯底。

所述激光從藍(lán)寶石基底所在側(cè)入射后，從左至右依次激光條形掃描。

所述激光從藍(lán)寶石基底所在側(cè)入射后，從外圈向內(nèi)圈依次激光環(huán)形掃描。

所述子藍(lán)寶石基底經(jīng)加工整形后的形狀為三角形、四邊形、多邊形或不規(guī)則圖形。

所述各個(gè)子藍(lán)寶石基底的面積相等或者不相等。

所述構(gòu)成藍(lán)寶石基底的各個(gè)子藍(lán)寶石基底之間，采用無(wú)外力約束的自由式拼接，或者相鄰子藍(lán)寶石基底之間采用膠水粘接，或者相鄰子藍(lán)寶石基底之間采用卡扣結(jié)構(gòu)拼接。

所述在藍(lán)寶石基底上沉積氮化物時(shí)采用的沉積方式為液相外延和/或氣相外延，其中氣相外延為金屬有機(jī)物氣相外延、氫化物氣相外延或分子束外延，單獨(dú)采用氣相外延時(shí)為金屬有機(jī)物氣相外延、氫化物氣相外延和分子束外延中的一種或者任意兩種或者三種。

本發(fā)明通過(guò)利用多個(gè)子藍(lán)寶石基底構(gòu)成一個(gè)大尺寸的藍(lán)寶石基底，在該大尺寸的藍(lán)寶石基底上沉積氮化物，利用激光入射藍(lán)寶石基底，從而使各個(gè)子藍(lán)寶石基底依次的與氮化物分離，在分離的過(guò)程中氮化物得到了有效的應(yīng)力釋放，始終未發(fā)生碎裂或裂紋，從而制備出氮化物自支撐襯底。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明中藍(lán)寶石基底的實(shí)施例一示意圖；

附圖2為本發(fā)明中藍(lán)寶石基底的實(shí)施例二示意圖；

附圖3為本發(fā)明在沉積溫度范圍時(shí)，藍(lán)寶石基底上沉積氮化物的剖面示意圖；

附圖4為本發(fā)明降溫到室溫后的剖面示意圖；

附圖5為本發(fā)明激光掃描的實(shí)施方式一示意圖；

附圖6為本發(fā)明激光掃描的實(shí)施方式二示意圖。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目的、功能，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如附圖1、3和4所示，本發(fā)明揭示了一種制備氮化物自支撐襯底的方法，

s1，選取待加工的藍(lán)寶石基底3，該藍(lán)寶石基底3由至少兩個(gè)經(jīng)加工整形后的子藍(lán)寶石基底11拼接形成，從而由至少兩個(gè)較小尺寸的子藍(lán)寶石基底組成一個(gè)大尺寸藍(lán)寶石基底。

s2，在藍(lán)寶石基底3上沉積氮化物形成氮化物層2。該氮化物包含各種含氮的化合物，如氮化鎵、氮化鋁等。沉積方式可采用金屬有機(jī)物氣相外延、氫化物氣相外延和分子束外延等氣相外延中的一種或者兩種或者三種，或者采用液相外延，或者是液相處延與上述氣相外延中的任意一種或者兩種或者三種復(fù)合使用。

s3，進(jìn)行激光剝離，使激光從藍(lán)寶石基底所在側(cè)入射，對(duì)藍(lán)寶石基底進(jìn)行全面掃描，根據(jù)激光掃描的先后順序，各個(gè)子藍(lán)寶石基底依次與氮化物層分離，從而制備出氮化物自支撐襯底。

另外，所述子藍(lán)寶石基底經(jīng)加工整形后的形狀為三角形、四邊形、多邊形或不規(guī)則圖形。各個(gè)子藍(lán)寶石基底的面積相等或者不相等。

所述構(gòu)成藍(lán)寶石基底的各個(gè)子藍(lán)寶石基底之間，采用無(wú)外力約束的自由式拼接，或者相鄰子藍(lán)寶石基底之間采用膠水粘接，或者相鄰子藍(lán)寶石基底之間采用卡扣結(jié)構(gòu)拼接。

實(shí)施例一，如附圖1所示，子藍(lán)寶石基底11為正方形，各個(gè)子藍(lán)寶石基底11無(wú)任何外力約束的狀態(tài)下（藍(lán)寶石基底3拼接界面不存在粘接材料），相互緊密放置在氣相外延用的石墨盤(pán)上，拼接成6英寸的藍(lán)寶石基底3。經(jīng)氫化物氣相外延技術(shù)（hvpe）生長(zhǎng)500微米厚的氮化鎵2，如圖3所示，其中該剖面圖按照附圖1中的剖面線51進(jìn)行剖面得到。然后降至室溫取片，由于熱脹系數(shù)與晶格常數(shù)的不匹配，氮化鎵/藍(lán)寶石復(fù)合襯底存在彎曲，如圖4所示。如圖5所示，激光4從藍(lán)寶石所在側(cè)入射，從左至右依次激光條形掃描，正方形子藍(lán)寶石基底11依次與氮化鎵分離，且在分離的過(guò)程中氮化鎵2得到了有效的應(yīng)力釋放，始終未發(fā)生碎裂或裂紋，從而制備出6英寸氮化鎵自支撐襯底。

實(shí)施例二，如附圖2所示，先在子藍(lán)寶石基底上經(jīng)金屬有機(jī)物氣相外延技術(shù)（mocvd）生長(zhǎng)3微米厚的氮化鎵緩沖層，后加工整形成正六邊形子藍(lán)寶石基底12，將多片正方形子藍(lán)寶石基底12相互使用粘接材料，放置在氣相外延用的石墨盤(pán)上，拼接成4英寸的藍(lán)寶石基底3。經(jīng)分子束外延（mbe）生長(zhǎng)300微米厚的氮化鎵2。經(jīng)附圖2中的剖面線52剖面，得到如圖6所示的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，激光4從藍(lán)寶石所在側(cè)入射，從外圈向內(nèi)圈依次激光環(huán)形掃描，正六邊形子藍(lán)寶石基底12依次與氮化鎵2分離，且在分離的過(guò)程中氮化鎵2得到了有效的應(yīng)力釋放，始終未發(fā)生碎裂或裂紋，從而制備出6英寸氮化鎵自支撐襯底。

需要說(shuō)明的是，以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種制備氮化物自支撐襯底的方法，包括以下步驟：選取待加工的藍(lán)寶石基底，該藍(lán)寶石基底由至少兩個(gè)經(jīng)加工整形后的子藍(lán)寶石基底拼接形成；在藍(lán)寶石基底上沉積氮化物形成氮化物層；進(jìn)行激光剝離，使激光從藍(lán)寶石基底所在側(cè)入射，對(duì)藍(lán)寶石基底進(jìn)行全面掃描，根據(jù)激光掃描的先后順序，各個(gè)子藍(lán)寶石基底依次與氮化物層分離，從而制備出氮化物自支撐襯底。本發(fā)明有利于應(yīng)力釋放，很大程度上降低了激光剝離技術(shù)的難度，解決激光剝離中氮化物單晶層碎裂的問(wèn)題，從而能夠得到完整的大尺寸氮化物自支撐襯底。

技術(shù)研發(fā)人員：劉南柳;陳蛟;吳潔君;李文輝;張國(guó)義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.08
技術(shù)公布日：2017.09.05