一種用于生長外延片的復合襯底及其制備方法與流程

本發明屬于半導體光電子器件與金屬有機化學氣相沉積制造領域，尤其涉及用于生長大尺寸氮化鎵、碳化硅等外延片的襯底或者復合襯底及其制備方法。

背景技術：

近年來，以Si、GaN、SiC為襯底的半導體器件研究取得重大突破及部分實現了產業化的應用。比如，以GaN、InGaN、AlN、AlGaN為主的III-V氮化物最為典型的例子，以GaN基的發光二極管得到了大規模的應用，為節能技術帶來了巨大的進步。其次，高飽和電子遷移率等特性使其成為激光器、功率器件等光電子器件的理想材料。

目前，GaN基的光電子器件一般是以Si、藍寶石、SiC為襯底的異質外延器件制備，但是GaN與這三種襯底存在著不同程度的晶格和熱脹失配。例如，與Si的晶格和熱脹失配分別為-16.96%和3.9%。如此大的晶格和熱脹失配使GaN在外延器件過程中受到巨大的應力場，從而影響器件性能，解決異質外延生產的應力場成為提高GaN器件性能的主要技術研究方向。現有的氮化鎵光電子器件的外延技術主要在MOCVD反應室原位進行，生長過程中通過改變生長工藝參數（溫度、時間、流量、壓強等），例如側向外延生長，緩沖插入層，超晶格交替生長層，應力補償層等。這些外延技術在小尺寸襯底（2-4英寸）一定程度上減弱了應力場對器件性能的影響。然而，對于6英寸以上的襯底，現有的生長技術有一定的局限性，較難實現原位進行應力調控，翹曲比較嚴重，均勻性較差，較難實現量產化的要求。為了實現6英寸以上的大尺寸襯底的量產化要求，必須解決大尺寸襯底的應力與翹曲問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種用于生長外延片的復合襯底及其制備方法，為選區外延生長提供了種子層實現選區生長，降低了大尺寸氮化物Si材料的應力，以及對提高晶體質量有較好的效果。

為了解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案：

一種用于生長外延片的復合襯底，包括硅襯底和制備在該硅襯底上的氮化鋁層，利用波長小于或者等于250nm的激光在氮化鋁層上加工若干個幾何圖形形成圖形化氮化鋁層。

所述圖形化氮化鋁層為至少一層的單晶或者準單晶。

所述圖形化氮化鋁層上的相鄰幾何圖形之間具有間隔，該間隔20nm-5um。

所述圖形化氮化鋁層的厚度為10nm-2um。

所述圖形化氮化鋁層上的幾何圖形的橫截面為圓形、三角形、多邊形或條紋狀。

所述硅襯底為6-20英寸的N型、P型或本征，晶向為<111>或<100>。

所述氮化鋁層通過MOCVD、PLD或濺射的方法進行制備。

一種復合襯底的制備方法，包括以下步驟：

選擇6-20英寸的N型、P型或本征，以及 <111>或<100> 晶向的硅襯底；

在硅襯底上制備一層厚度為10nm-2um的單晶氮化鋁層；

利用波長小于或者等于250nm的激光，在氮化鋁層上按照預設路徑進行掃描，在氮化鋁層上加工出幾何圖形，同時氮化鋁層吸收激光能量形成多晶氮化鋁或者鋁氧氮混合物，掃描完成后，形成鋁氧氮混合物與氮化鋁層交替相隔的復合襯底；

然后將鋁氧氮混合物去除裸露出硅襯底表面，得到結構為圖形化氮化鋁層/硅襯底的復合襯底。

所述激光的能量為2毫瓦-20瓦。

本發明制備得到的圖形化氮化鋁層/硅襯底結構的復合襯底，在外延剛開始過程起到種子層的作用，直接實現選區生長模式，最終提高晶體質量及實現釋放應力的效果，在大尺寸硅基氮化物光電子器件有著較好的應用成果。

附圖說明

附圖1為本發明復合襯底的剖面結構示意圖；

附圖2為本發明制備方法的制備過程示意圖；

附圖3為應用本發明的復合襯底生長氮化物器件的結構示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

如附圖1所示，本發明揭示了一種用于生長氮氮化鎵、碳化硅等外延片的復合襯底，包括硅襯底1和制備在該硅襯底上的氮化鋁層2，利用波長小于或者等于250nm、能量為10毫瓦-20瓦的激光在氮化鋁層上加工若干個幾何圖形形成圖形化氮化鋁層。該圖形化氮化鋁層為至少一層的單晶或者準單晶，通常優選設置為單晶結構。該幾何圖形的橫截面為圓形、三角形、多邊形或條紋狀，相應的直徑、邊長或者間距為20nm-5um。或者可以為其他形狀，上述列舉并非是限定。激光的能量可以設計為持續可調，并非是固定不變，有利于激光能量的調節操作。

圖形化氮化鋁層上的相鄰幾何圖形之間具有間隔，該間隔20nm-5um。并且圖形化氮化鋁層的厚度為10nm-2um。該氮化鋁層可通過MOCVD、PL或濺射的方法進行制備。

硅襯底為6-20英寸的N型、P型或本征，晶向為<111>或<100>。

可采用固態或者氣態類型的激光器，其激光的掃描路徑可根據幾何參數進行設定。激光的能量與氮化鋁層的禁帶寬度相匹配或者大于氮化鋁層的禁帶寬度。激光的掃描路徑可以根據圖形的周期及大小進行設計，激光的能量根據工藝實際需要進行設定，范圍為 2毫瓦-20瓦，從而高效和快速地對氮化鋁層進行加工而形成圖形。

另外，本發明還揭示了一種復合襯底的制備方法，包括以下步驟：

S1，選擇8英寸的P型以及 <111>晶向的硅襯底1。

S2,在硅襯底上利用濺射的方法沉積一層厚度為20nm的單晶氮化鋁層2。

S3,利用波長為220nm的激光，在氮化鋁層上按照預設路徑進行掃描，掃描路徑為等間隔等直徑圓形，間隔距離為500nm,氮化鋁圖形直徑為1um，激光能量設定為6瓦，設定相應參數與對焦距后對圓形陣列之外的間隔區域進行加工，在氮化鋁層上加工出幾何圖形，同時氮化鋁層吸收激光能量發生物性改變，形成多晶氮化鋁或者鋁氧氮混合物5，掃描完成后，形成鋁氧氮混合物與氮化鋁層交替相隔的復合襯底。通過激光加工，使得圖形化氮化鋁層具有較好的應力釋放性，解決大尺寸氮化物的應力問題。

S4，然后利用酸的方法將鋁氧氮混合物腐蝕干凈，裸露出硅襯底表面3，得到結構為圖形化氮化鋁層/硅襯底的復合襯底。

然后可利用該得到的復合襯底進行電子器件的生長，如附圖3所示，在制備過程中，由于多晶氮化鋁或者鋁氧氮混合物5或者裸露的硅襯底表面3所在區域沒有單晶氮化鋁種子層，在外延過程中會形成多晶氮化物，只有在單晶氮化鋁種子層區域才能形成氮化鎵單晶，通過橫向外延把裸露的硅襯底表面3或者多晶氮化鋁或者鋁氧氮混合物5的區域覆蓋后，最終形成統一的單晶層,在此基礎上制備氮化物器件，而原來裸露的硅襯底表面3區域形成了疏松的氮化物多晶或者空氣間隙3A，降低了氮化物器件與硅襯底的相互接觸，從而減少硅襯底的晶格失配及熱失配的影響，最終達到了提高晶體質量及釋放應力的效果，對氮化物光電性器有進一步的提高。

需要說明的是，以上所述并非是對本發明的限定，在不脫離本發明的創造構思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發明的保護范圍之內。