[发明专利]一种高质量氧化镓晶片的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高质量氧化镓晶片的制备方法与应用，包括步骤如下：(1)将氧化镓单晶切割得到体块单晶，在特定气氛下进行退火处理，退火温度800‑1200℃，退火时间5‑100h，退火气氛为氩气或氢气；(2)将退火处理后的体块单晶在侧面或侧棱上划痕，放入水中，然后用刀片从划痕处切开，缓慢把晶片从体块单晶上分离，得到高质量氧化镓晶片。本发明方法操作简单，容易实现氧化镓晶片的机械剥离，得到的氧化镓晶片不会断裂，晶片尺寸较大，而且晶片质量较高。

技术领域

本发明涉及一种高质量氧化镓晶片的制备方法与应用，属于晶体与器件技术领域。

背景技术

β-Ga₂O₃为直接带隙的半导体材料，禁带宽度为E_g＝4.8eV，是一种新型的超宽禁带半导体。β-Ga₂O₃晶体紫外截止边可达260nm，紫外波段透过率高，可满足新一代光电材料对短波长工作范围的要求。此外，该晶体禁带宽度大、击穿场强度高、抗辐射能力强，且具有良好的物理和化学稳定性，非常适合用来研制高耐压、大功率半导体器件。

半导体领域对晶片的表面质量要求非常高，晶片表面质量的好坏直接影响了后期外延薄膜以及器件质量，高质量晶片的获得是半导体器件制作的基础。因此，半导体晶片需要经过精密抛光后才能用于器件的制作。目前，半导体领域常用的抛光方法为化学机械抛光，但是由于β-Ga₂O₃晶体存在解理面，加工难度大，研磨、抛光时容易导致晶体开裂，造成晶体的浪费。而且化学机械抛光工艺复杂，成本高，因此β-Ga₂O₃晶体的加工仍是一个影响该晶体实现真正应用的难点。

氧化镓晶体具有可解离的性质，通过剥离的方法有望获得高质量的晶片。但是，晶体具有两个呈103.8°的解离面，在简单机械剥离过程中容易出现晶片的断裂，晶片尺寸较小，而且晶片质量不高，如图1所示。

因此，研究、设计、寻找一种简单高效的氧化镓晶片制备方法是急需解决的问题，并具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有β-Ga₂O₃晶体加工方面存在的不足，本发明提供一种简单、高效的高质量氧化镓晶片的制备方法与应用。获得的氧化镓晶片可以直接用于光学器件或者作为晶片用于半导体器件的制作。

本发明的技术方案如下：

一种高质量氧化镓晶片的制备方法，包括步骤如下：

(1)体块单晶预处理

将氧化镓单晶切割得到体块单晶，在气氛下进行退火处理，退火温度800-1200℃，退火时间5-100h，退火气氛为氩气或氢气；

(2)机械剥离

将退火处理后的体块单晶在侧面或侧棱上划痕，放入水中，然后用刀片从划痕处切开，缓慢把晶片从体块单晶上分离，得到高质量氧化镓晶片。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的体块单晶的形状为正方体型、长方体型、圆柱形、棱台形、棱柱形或平面六面体；

优选的，退火温度900-1000℃，退火时间5-30h；

优选的，所述的气氛为流动气氛。

根据本发明，优选的，步骤(2)中从划痕处沿大面切开，进一步优选的，所述的大面为(100)面；

优选的，划痕所用工具为金刚石刀；

优选的，划痕后放入温度为20-28℃的水中。在水中进行剥离，有利于防止晶片剥离过程中发生断裂。

根据本发明，优选的，还包括晶片后处理步骤(3)，具体操作如下：