[发明专利]n型氮化镓自支撑衬底的制作方法

说明书

本发明提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，包括：在蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层及非掺杂氮化镓层；剥离蓝宝石衬底，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；去除非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；在非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；去除n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；对n型厚氮化镓自支撑衬底进行研磨抛光，获得n型氮化镓自支撑衬底。本发明的n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，在n型厚氮化镓自支撑衬底具有不同程度翘曲的情况下，可以将n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层完全去除，得到n型氮化镓自支撑衬底。

技术领域

本发明属于半导体材料制造领域，特别是涉及一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法。

背景技术

二十世纪末，为了实现高频、高效率及大功率等优异性能电子电力器件的制备，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料加快了发展进程。氮化镓(GaN)由于其优异性能，可应用于制备高功率高频器件等其它特殊条件下工作的半导体器件而得到广泛研究与应用。GaN外延层的晶体质量是实现高性能GaN基器件的根本保障。而采用GaN单晶衬底实现同质外延是提高GaN外延层晶体质量与GaN基器件的主要途径。

目前，蓝绿光激光二极管以及垂直结构氮化镓功率电子器件需要n型氮化镓自支撑衬底。当前的制备方法是先外延生长非掺杂的氮化镓厚膜，然后通过激光剥离方法去除衬底，接着在非掺杂的氮化镓厚膜上同质外延n型氮化镓厚膜，最后通过研磨抛光方法将非掺杂厚膜层去除，从而得到n型氮化镓自支撑衬底。在以上工艺方法中，在起始阶段生长非掺杂的氮化镓厚膜，是因为在起始阶段生长n型氮化镓厚膜层良率低下，难以保证不裂片。这来源于掺杂原子(Si或Ge)的引入导致的膜层内应力的改变。另外，研磨抛光工序因为自支撑衬底存在着翘曲，为了保证所得衬底的厚度，难以完全去除非掺杂层。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，用于解决现有技术中非掺杂层去除不完整的问题，提升整体的制作良率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种n型氮化镓自支撑衬底的制作方法，所述制作方法包括步骤：1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上形成氮化镓模板层；2)在所述氮化镓模板层上外延生长非掺杂氮化镓层；3)利用激光剥离工艺使所述蓝宝石衬底与所述氮化镓模板层分离，获得非掺杂薄氮化镓自支撑衬底；4)去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分；5)在所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底上外延生长n型氮化镓层，获得n型厚氮化镓自支撑衬底；6)去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂层；7)对所述n型厚氮化镓自支撑衬底进行抛光，以获得n型氮化镓自支撑衬底。

可选地，步骤1)利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺沉积所述氮化镓模板层，所述氮化镓模板层的厚度介于2微米-10微米之间。

可选地，步骤2)采用氢化物气相外延(HVPE)工艺于所述氮化镓模板层上进行外延生长，形成所述非掺杂氮化镓层，所述非掺杂氮化镓层的厚度介于100微米-450微米之间。

可选地，步骤4)采用物理方法或者化学方法去除所述非掺杂薄氮化镓自支撑衬底中晶体质量最差的底层部分，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间，步骤6)采用物理方法或者化学方法去除所述n型厚氮化镓自支撑衬底底部的非掺杂薄氮化镓自支撑衬底，所去除的所述底层部分的厚度介于50微米-220微米之间。

可选地，步骤4)及步骤6)去除所述底层部分的去除速率介于20微米/小时-100微米/小时之间。

可选地，步骤4)及步骤6)所述的物理方法包括激光烧蚀去除及等离子刻蚀中的一种，所述化学方法包括磷酸腐蚀及碱腐蚀中的一种。

可选地，所述激光烧蚀所用激光器包括气体激光器、固体激光器及半导体激光器中的一种。

可选地，所述激光器功率为0.1-15W。