Iii族氮化物襯底以及制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及III族氮化物襯底以及制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵(GaN)是寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在藍(lán)綠到紫外波段的光電子器件和高功率微波器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景?？梢杂脕?lái)外延生長(zhǎng)GaN相關(guān)器件的襯底材料有很多種，包括自支撐(free-standing) GaN襯底、藍(lán)寶石、碳化硅等。其中自支撐GaN襯底與外延GaN材料之間不存在晶格失配和熱失配，被稱為同質(zhì)外延技術(shù)。在其他襯底上外延生長(zhǎng)GaN材料存在較大的晶格失配和熱失陪，被稱為異質(zhì)外延技術(shù)。在同質(zhì)外延技術(shù)中，GaN材料及器件中的缺陷密度能夠降低到16Cm 2以下，能夠有效提升GaN相關(guān)器件的性能指標(biāo)，是未來(lái)重要的發(fā)展方向。
[0003]然而，相比于異質(zhì)外延技術(shù)，同質(zhì)外延技術(shù)的發(fā)展依然面臨一系列的挑戰(zhàn)。例如起始GaN襯底的表面形貌和平整度對(duì)后續(xù)外延GaN材料及器件具有非常重要的影響，是同質(zhì)外延技術(shù)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。
[0004]在異質(zhì)外延技術(shù)中，目前用來(lái)外延生長(zhǎng)GaN器件的藍(lán)寶石、碳化娃等異質(zhì)襯底加工一般采用粗研磨、精研磨以及化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行。其中，CMP技術(shù)將化學(xué)拋光與機(jī)械拋光的各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，可以快速的去除機(jī)械研磨引入的幾百納米甚至幾個(gè)微米的損傷層，從而獲得無(wú)損傷層、原子級(jí)平整的襯底表面，其表面粗糙度(Ra)通常在0.2nm以下。
[0005]在同質(zhì)外延技術(shù)中，針對(duì)GaN自支撐襯底的表面處理一般也遵循藍(lán)寶石、碳化硅等襯底的工藝技術(shù)路線，利用粗研磨、精研磨以及化學(xué)機(jī)械拋光三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行表面處理。然而與藍(lán)寶石不同，自支撐GaN襯底的Ga面化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在化學(xué)機(jī)械拋光處理過程中，其化學(xué)拋光效率非常低。有文獻(xiàn)報(bào)道自支撐GaN襯底Ga面的CMP速率為17nm/h，需要CMP加工150h才能去除機(jī)械研磨帶來(lái)的損傷。參見H.Aida, H.Takeda, K.Koyama, H.Katakura, K.Sunakawaj T.Doij Chemicalmechanical polishing of gallium nitride with colloidalsilica, J.Electrochem.Soc.158 (2011)H1206 - H1212，以及 H.Aida, H.Takedaj S-ff.Kimj N.Aotaj K.Koyamaj T.Yamazakij T.Doij Evaluat1n of subsurface damadge in GaNsubstrate induced by mechanical polishing with diamond abrasives, Appl.Surf.Sc1.292(2014)531-536。因此，相比于藍(lán)寶石襯底的典型研磨拋光時(shí)間2到4小時(shí)，對(duì)GaN的Ga面拋光時(shí)間提高了 30倍以上，大幅增加了自支撐GaN襯底的加工成本。因此，采用與藍(lán)寶石類似的CPM的方法來(lái)獲得表面原子級(jí)平整、無(wú)損傷層的自支撐GaN襯底將面臨巨大的成本挑戰(zhàn)，不利于生產(chǎn)規(guī)模的放大。因此，急需發(fā)展新型的GaN自支撐襯底表面的處理工藝技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供低成本的III族氮化物襯底以及制備工藝。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種III族氮化物襯底，用于外延生長(zhǎng)，所述襯底的III族元素面至少存在一個(gè)橫截面為V型的溝槽，所述溝槽的深度范圍是0.3nm-50nm,寬度范圍是10nm-500nmo
[0008]可選的，所述溝槽的深度范圍是0.1nm?8.0nm，且寬度范圍是1nm?344nm。
[0009]可選的，所述溝槽的深度范圍是0.1nm?16.3nm，且寬度范圍是1nm?166nm。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種III族氮化物襯底，包括支撐襯底和外延層，所述支撐襯底和外延層均為III族氮化物材料，且所述支撐襯底與外延層貼合的表面是其III族氮化物面，所述支撐襯底的III族元素面至少存在一個(gè)橫截面為V型的溝槽，所述溝槽的深度范圍是0.3nm_50nm，寬度范圍是10nm-500nm。
[0011 ] 可選的，所述外延層填充至所述溝槽內(nèi)。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于外延生長(zhǎng)的III族氮化物襯底的制備工藝，包括如下步驟:提供一 III族氮化物襯底；對(duì)所述III族氮化物襯底的III族元素面實(shí)施研磨，該研磨工藝會(huì)對(duì)表面的晶格形成損傷，并在其表面形成多個(gè)橫截面為V型的溝槽；處理研磨后的III族元素面使其滿足外延生長(zhǎng)的要求；其特征在于，處理研磨后的III族元素面的步驟是采用干法或濕法腐蝕的方法去除被損傷的晶格。
[0013]可選的，所述研磨工藝采用金剛石顆粒作為磨料，磨料中研磨顆粒的粒徑范圍是I微米至6微米。
[0014]可選的，所述研磨步驟對(duì)表面以下500nm?3000nm深度內(nèi)的晶格形成損傷。
[0015]可選的，采用干法腐蝕的方法除去被損傷的晶格，實(shí)施完畢后表面至少存在一個(gè)橫截面為V型的溝槽，所述溝槽的深度范圍是0.1nm?8.0nm,且寬度范圍是1nm?344nm。
[0016]可選的，采用濕法腐蝕的方法除去被損傷的晶格，實(shí)施完畢后表面至少存在一個(gè)橫截面為V型的溝槽，所述的深度范圍是0.1nm?16.3nm，且寬度范圍是1nm?166nm。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用更為快速的腐蝕工藝代替了化學(xué)機(jī)械拋光，只去除晶格損傷而不特別在意是否去除劃痕。實(shí)際上，由于腐蝕工藝的對(duì)表面的去除速度基本相同，因此劃痕得以保留。但是，測(cè)試結(jié)果表明，與現(xiàn)有技術(shù)中采用無(wú)劃痕襯底相比，所獲得的外延層質(zhì)量相同。因此，本發(fā)明摒棄了外延襯底一定要無(wú)劃痕的技術(shù)偏見，提供了有劃痕的襯底用于外延生長(zhǎng)，節(jié)省了化學(xué)機(jī)械拋光帶來(lái)的工藝成本。
【附圖說明】
[0018]附圖1所示是本發(fā)明的本【具體實(shí)施方式】提供的一種具有劃痕的襯底表面的形貌示意圖。
[0019]附圖2所示是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的實(shí)施步驟示意圖。
[0020]附圖3所示是是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中研磨后表面受損情況的測(cè)試結(jié)果，其中圖片(a)是SEM照片，表示劃傷情況，圖片(b)是陰極熒光(CL)譜，表示的是晶格損傷。
[0021]附圖4所示是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中采用粒徑I微米金剛石顆粒研磨后的剖面CL譜。
[0022]附圖5所示是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中研磨并干法刻蝕后表面受損情況的測(cè)試結(jié)果，其中圖片(a)是SEM照片，表示劃痕情況，圖片(b)是陰極熒光(CL)譜，表示的是僅存在位錯(cuò)露頭的黑點(diǎn)(不發(fā)光)，無(wú)劃痕對(duì)應(yīng)的損傷層，說明損傷層已經(jīng)完全去除。
[0023]附圖6所示是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中研磨并濕法腐蝕后表面受損情況的測(cè)試結(jié)果，其中圖片(a)是SEM照片，表示劃痕情況，圖片(b)是陰極熒光(CL)譜，表示的是僅存在位錯(cuò)露頭的黑點(diǎn)(不發(fā)光)，無(wú)劃痕對(duì)應(yīng)的損傷層，說明損傷層已經(jīng)完全去除。
[0024]附圖7所示是采用現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)劃痕襯底和本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中的有劃痕襯底采用HVPE工藝進(jìn)行外延生長(zhǎng)后的外延層表面AFM照片對(duì)比，其中(a)采用經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光后的無(wú)劃痕襯底，而(b)采用本【具體實(shí)施方式】所述的采用粒徑I微米金剛石顆粒研磨，并采用干法刻蝕去除晶格損傷層后的襯底。
[0025]附圖8所示是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】所用的采用粒徑I微米金剛石顆粒研磨，并采用干法刻蝕去除晶格損傷層后的襯底做外延生長(zhǎng)后，表面的光學(xué)顯微鏡照片和AFM照片的對(duì)比示意圖，其中(a)是光學(xué)顯微鏡照片，而(b)是AFM照片。
[0026]附圖9所示是本發(fā)明的