[发明专利]制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别是一种制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法。

背景技术

如今，非极性面或半极性面的氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)发光二极管(LED)成为研究热点。原因一方面在于，非极性面和半极性面材料不存在自发极化和压电极化，可以避免量子限制斯塔克效应，提高LED的内量子效率。另一方面，由于非极性面和半极性面LED发射的光波为偏振光，可以将其直接用于平面显示器的背光源，极大地简化了平面显示器背光照明的设计，从而降低了器件制备的复杂程度并降低成本。但是，衬底问题是限制非极性面和半极性面LED应用的主要瓶颈之一。由于目前生长非极性面或半极性面的GaN和AlN材料通常采用R面或M面蓝宝石等异质衬底，而异质外延使得外延材料晶体质量较差，通常会在外延膜中存在高密度层错。因而同质外延成为目前人们寻求的突破点之一。

目前，市面上出售的非极性面或半极性面的GaN衬底多是将GaN晶锭沿其和晶面切割获得，但是由于采用氨热法、高压溶液法制备的GaN晶锭尺寸还很小，所以切割获得GaN衬底尺寸也非常小。而AlN晶体由于制备技术还不成熟，所以目前并未有此方法制备的AlN衬底问世。另一种方法就是通过氢化物汽相外延技术(HVPE)先在诸如R面或者M面蓝宝石衬底或碳化硅衬底上异质外延生长厚膜材料，然后采用反应离子刻蚀或激光剥离技术等剥离衬底的方法去除衬底，从而获得自支撑的非极性面和半极性面的GaN或AlN衬底。但是该方法剥离衬底不仅工艺复杂，不利于降低衬底成本，而且无法进行大尺寸衬底的剥离。因此，采用新的方法尽量避免激光剥离等复杂的衬底剥离技术，并制备出大尺寸的自支撑GaN和AlN衬底是解决非极性面或半极性面的氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)发光二极管问题的关键。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法，以解决目前低成本、大尺寸非极性面或半极性面GaN和AlN自支撑衬底缺乏的现状，进而促进非极性面或半极性面发光二极管(LED)的研究和产业化。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案提供一种制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底，进行表面清洁后，置于材料生长设备的生长室内；

步骤2：在衬底上生长一层氧化锌结晶层做为牺牲层；

步骤3：在氧化锌结晶层上低温生长一层半导体支撑层；

步骤4：将带有氧化锌结晶层和半导体支撑层的材料放置于卤化物气相外延设备的反应室中，采用氢气做载气并在高温条件下，在半导体支撑层的表面生长半导体单晶外延层，在生长过程中，由于高温和氢气对于氧化锌结晶层的刻蚀作用，使氧化锌结晶层的氧化锌分解，使半导体支撑层和半导体单晶外延层与衬底分离，该半导体支撑层和半导体单晶外延层为半导体晶体层；

步骤5：采用机械抛光的方法，将半导体晶体层的半导体支撑层去除，得到半导体单晶外延层，该半导体单晶外延层为非极性面或半极性面的单晶半导体自支撑衬底，完成制备。

本发明的有益效果是，提供了一种简单的制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法，该方法省去了激光剥离技术等复杂的衬底剥离技术，简化了整体的制备工艺，提高了衬底制备效率和良率，可以解决目前低成本、大尺寸非极性面或半极性面GaN和AlN自支撑衬底缺乏的现状，进而促进非极性面或半极性面发光二极管(LED)的研究和产业化。

附图说明

为了进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合具体实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的制备流程图；

图2是本发明结构示意图；

图3是刻蚀掉氧化锌结晶层2后，半导体支撑层3和半导体单晶外延层4与衬底1分离的示意图；

图4是去除半导体支撑层3后得到的半导体自支撑衬底的示意图。

具体实施方式

请参阅图1，并结合参阅图2-图4所示，本发明提供一种制备非极性面或半极性面单晶半导体自支撑衬底的方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底1，进行表面清洁后，置于材料生长设备的生长室内，所述衬底1为非极性面或半极性面衬底，衬底1的材料为R面蓝宝石衬底、M面蓝宝石衬底、面碳化硅衬底或面碳化硅衬底；所述材料生长设备为金属有机化学气相沉积设备或脉冲激光沉积设备。

步骤2：在衬底1上生长一层氧化锌结晶层2做为牺牲层，该氧化锌结晶层2的厚度为100nm至500nm；