III族氮化物襯底及其制備方法與流程

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種III族氮化物襯底及其制備方法。

背景技術：

GaN等III族氮化物材料的外延生長優選采用同質的自支撐襯底。但是自支撐襯底價格昂貴，限制了這種襯底得到廣泛應用。由于自支撐襯底通常是采用HVPE等快速生長手段獲得的，對于2英寸的GaN襯底而言，厚度通常在350微米左右甚至更厚。如果能夠將350微米的GaN襯底進行切割，得到厚度更薄的多片GaN襯底，從而降低每一片襯底的成本。一般而言，切割過程以及其他加工過程中，通常會引入表面損傷層，將會導致額外的表面應力。上述表面應力對于厚GaN材料的后續外延及器件制備，不會產生顯著的影響，這主要是因為厚GaN襯底材料的機械強度較高。對于厚度較薄的GaN襯底而言，其機械強度較弱，上述表面損傷層將會導致表面應力，GaN襯底在后續使用過程中容易導致裂紋產生，大幅影響制造良率。

因此，針對厚度較薄的GaN襯底材料，如何去除表面損傷層，進而去除表面應力，是現有技術亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種去除了表面損傷層的襯底，以及用于去除表面損傷層的方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種III族氮化物襯底，所述襯底的III族元素面與氮面之間的陰極熒光譜的發光強度之差低于III族元素面發光強度的50％。

一般而言，III族氮化物襯底的III族元素面或者氮面是進一步外延的基礎，表面通過研磨拋光工藝，去除了所有的損傷層。另外一面由于不需要進行后續的外延伸生長，一般做到光學級拋光或者研磨即可，存在一定的損傷層。與此同時，損傷層中存在大量晶體缺陷，將會導致表面應力的產生。與此同時，在陰極熒光譜測試中，上述表面損傷層中的缺陷產生的深能級對電子、空穴會有較強的捕獲能力，從而導致了發光強度的大幅降低。通過對上述表面缺陷的去除，使得III族元素面與氮面之間的陰極熒光譜的發光強度之差低于III族元素面發光強度的50％，達到去除表面應力的目的，降低GaN襯底在后續使用過程中的開裂概率。

上述應力層的去除，對于薄層III族氮化物襯底材料尤為關鍵。當III族氮化物襯底的直徑不大于2英寸，厚度范圍處于30微米-150微米之間；當III族氮化物襯底的直徑不大于4英寸，厚度范圍處于30微米-250微米之間時；當III族氮化物襯底的直徑不大于6英寸，厚度范圍處于30微米-350微米之間時；必須將表面損傷層去除，使得III族元素面與氮面之間的陰極熒光譜的發光強度之差低于III族元素面發光強度的50％，達到去除表面應力的目的，降低GaN襯底在后續使用過程中的開裂概率。

本發明還提供了一種III族氮化物襯底的制備方法，包括如下步驟：提供一III族氮化物襯底；沿平行于所述襯底的III族元素面的方向切割所述襯底，以獲得一被切割面為氮面的III族氮化物襯底；取所述被切割面為氮面的III族氮化物襯底，采用濕法腐蝕的方法去除切割形成的表面損傷層。

本發明采用濕法腐蝕的方法簡單快速的將研磨損傷層除去，雖然并沒有明顯降低表面粗糙度的數值，但是由于表面的損傷層已經完全去除，因此不會在宏觀上在表面引起額外的應力。該方法客服了一定要降低表面粗糙度來降低應力的技術偏見，通過濕法腐蝕迅速的降低了應力，獲得了意想不到的技術效果。

附圖說明

附圖1所示是本發明一具體實施方式所述方法的實施步驟示意圖。

附圖2所示是本發明一具體實施方式對氮面實施濕法腐蝕后的掃描電鏡圖片。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明提供的III族氮化物襯底及其制備方法的具體實施方式做詳細說明。

附圖1所示是本發明一具體實施方式所述方法的實施步驟示意圖。步驟S10，提供一III族氮化物襯底；步驟S11，沿平行于所述襯底的III族元素面的方向切割所述襯底，以獲得一被切割面為氮面的III族氮化物襯底薄片；步驟S12，取所述薄片，采用濕法腐蝕的方法去除切割形成的表面損傷層。

步驟S10中，所述III族氮化物襯底選自于GaN、AlN、和InN中的任意一種，或者由上述材料組合形成的多元化合物，例如Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-xN、或者Al_xIn_yGa_1-x-yN等，III族元素之間的比例可以根據實際情況作出調整。上述材料所構成的襯底具有不同的兩個表面，其一為III族元素面，另一個為氮面。對于HVPE以及MOCVD等外延手段來說，外延生長完畢后的表面通常是III族元素面。

步驟S11中，沿平行于所述襯底的III族元素面的方向切割所述襯底，以獲得一被切割面為氮面的III族氮化物襯底薄片。切割可以采用線鋸或者激光切割的方式實施。切割后獲得的襯底薄片的氮面是被切割面，粗糙度較大。本具體實施方式中，切割面距離所述襯底的III族元素面的范圍是30微米-150微米，以獲得一III族氮化物襯底薄片。被切割后的另一部分襯底在表面拋光后如果厚度能夠滿足再次切割的要求，則仍然可以繼續實施切割。

步驟S12中，取所述薄片，采用濕法腐蝕的方法去除切割形成的表面損傷層。所述濕法腐蝕所采用的腐蝕液采用磷酸、硫酸、鹽酸、和硝酸中的任意一種或上述物質的混合液，腐蝕溫度大于150度，腐蝕時間大于5分鐘。經過上述腐蝕，研磨層被腐蝕去除，并在表面形成晶粒狀突起。附圖2所示是腐蝕后的掃描電鏡圖片。從圖片上看其表面粗糙度仍然較高，但由于這些起伏是由微觀的晶粒突起造成的，因此不會在宏觀上在表面引起額外的應力。而研磨劃痕是宏觀的，不均勻的，因此會在表面造成額外的應力。

經過對腐蝕參數的調整，實驗不同腐蝕程度對應力的影響。最終表明，只要所述襯底的III族元素面與氮面之間的陰極熒光譜的發光強度之差低于III族元素面發光強度的50％，即可以使兩個面的應力達到平衡，滿足外延生長的需求。對于有機械損傷的表面，陰極熒光譜會有一層較弱的發光層而導致表面的發光強度變低，兩側的陰極熒光譜發光強度差別較小則說明背面的機械損傷是被除去的。

本具體實施方式采用濕法腐蝕的方法簡單快速的將研磨損傷層除去，雖然并沒有明顯降低表面粗糙度的數值，但是由于該粗糙度是由微觀因素而非宏觀因素造成的，因此不會在宏觀上在表面引起額外的應力。該方法客服了一定要降低表面粗糙度來降低應力的技術偏見，通過濕法腐蝕迅速的降低了應力，獲得了意想不到的技術效果。

實驗表明，本具體實施方式所述方法能夠滿足范圍是30微米-150微米的襯底薄片在進一步實施同質外延時不會再碎裂。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。