[发明专利]基于石墨烯的氮化镓外延层剥离方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的氮化镓外延层的剥离方法，主要解决现今剥离技术复杂，成本昂贵以及剥离的氮化镓薄膜质量不高的问题。其实现方案是：首先在抛光好的铜箔上CVD生长石墨烯；然后在蓝宝石衬底上转移多层石墨烯；接着再使用金属有机物化学气相沉积MOCVD的方法在转移了多层石墨烯的蓝宝石衬底上生长氮化镓外延层；最后将生长的氮化镓外延层使用热释胶带剥离转移至目标衬底。本发明通过石墨烯缓解了衬底和外延层之间由于晶格失配产生的应力，而且通过外延层和石墨烯之间存在的较弱范德华力，使外延层易于被剥离并转移至目标衬底，可用于实现原衬底的重复利用，也可用于制作氮化镓自支撑衬底和柔性器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，更进一步涉及一种基于氮化镓外延层的剥离方法，可用于将氮化镓转移到其他衬底上制作半导体器件。

背景技术

宽禁带氮化物半导体材料作为第三代半导体产业的核心关键材料，具备极高的光电转换效率、低功耗等优异性能，是未来新一代光电子、功率电子和高频微电子的核心基础，同时随着可穿戴技术的发展，未来柔性半导体技术将逐步成为主流，柔性GaN的制备成为热点。在传统的主流工艺中，由于大尺寸的氮化物衬底成本高昂，氮化物薄膜都是在蓝宝石、硅等异质材料衬底上进行外延的。但是衬底与氮化物之间存在严重的晶格失配，所以一般采用AlN作为插入层进行外延生长。石墨烯是由碳原子组成的六角蜂窝状晶格结构的二维材料，与氮化物通过范德华力结合。利用石墨烯和氮化物之间的范德华力，可以轻易的将氮化物薄膜剥离并转移到任意衬底，实现衬底的重复利用。如若转移至柔性衬底上，则可以制备出柔性的器件，因此氮化镓的剥离转移技术对发展柔性器件具有重要意义。

当前获得氮化镓薄膜的方法通常有以下几种：在氮化镓自支撑衬底上实现氮化镓的同质外延，此方法的优点在于获得的氮化镓质量较好，不足之处是氮化镓自支撑衬底价格昂贵，2英寸自支撑氮化镓衬底的价格大约是相同尺寸SiC衬底的10倍，是Si衬底的100倍；在蓝宝石、SiC等衬底异质外延氮化镓，氮化镓剥离方法一般是机械磨削，对于SiC衬底,由于机械磨削后衬底不可重复利用，衬底本身价格就高，所以成本极其高昂。对于蓝宝石，因为其硬度较高，需要要消耗大量的金刚石磨料，导致成本很高而且速度极慢。亦或是采用激光剥离，剥离的原理是激光穿过蓝宝石衬底到达氮化镓层，在接触面产生一个局部的爆炸冲击波，使得在该处的氮化镓与蓝宝石衬底分离。激光剥离方法的优点是时间快，蓝宝石和衬底可回收使用，缺点是激光剥离分解界面的氮化镓薄膜时会造成氮化镓薄膜四周开裂，因此不能得到大面积连续无损的氮化镓薄膜。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的存在不足，提供一种基于基于石墨烯的氮化镓外延层的剥离方法，通过石墨烯和外延层之间弱的范德华力，提高剥离的效率，实现对氮化镓外延层完整的剥离转移。

为实现上述目的，本发明的实现步骤包括如下：

(1)在抛光好的铜箔上生长石墨烯：

(1a)将抛光好的铜箔折叠成大小适中的荷包，放入石英舟中，并推至石英管中心恒温区，打开真空泵抽真空至0.6-2Pa；

(1b)给石英管中通入20-25sccm的H₂，同时给石英管加热升温，当其温度达到700℃时，再给石英管中同时通入20-25sccm H₂和700-720sccm的Ar，继续加热，直至石英管温度达到1045-1050℃；

(1c)温度保持不变，关闭所有进气阀门，使真空泵将石英管内的气压抽至0.6-2Pa；

(1d)温度保持不变，给石英管通入2sccm的O₂，维持2min；

(1e)温度保持不变，关闭所有进气阀门，使真空泵将石英管内抽至1Pa左右；

(1f)温度保持不变，同时通入100sccm的H2和700sccm的Ar，维持60min；