【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及于半导体，尤其涉及一种外延生长方法及外延膜。
技术介绍
1、以sic和gan为代表的第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿场强大、载流子迁移率高、热导率高等特点，已经被广泛用于制备高温、大功率电子器件。而近些年逐渐受到广泛关注的金刚石和ga2o3等超宽禁带半导体材料的相关材料性质更为突出，以其为基质的半导体器件预计在未来高频、大功率的微波器件和电力电子器件等热门领域中具有广泛的应用，能够更好地满足5g通讯、新能源汽车和载人航天等尖端领域的半导体器件需求。
2、与传统半导体材料相比，上述宽禁带半导体材料大尺寸单晶制备困难且价格昂贵。目前大多采用异质外延的方法在硅和蓝宝石单晶晶圆上外延生长所需材料的高质量外延膜，并以此为基础来进行器件的制备。由于异质外延生长过程中，外延层材料与衬底材料在晶格类型、元素构成以及物理性质等方面存在明显的差异，异质外延材料的晶体质量往往较差，还面临由于晶格失配、热膨胀系数失配和化学失配导致的较大残余应力的问题。并且由于界面处较强的共价键作用，残余应力很难得到有效地释放，一般会通过在材料内部形成位错和缺陷来弛豫一部分应力，这会导致材料晶体质量降低，并且会严重影响以此制备器件的性能。更严重的情况下，较大的应力会使得外延层和衬底出现裂纹，甚至碎裂，从而致使整个外延体系失效。
3、对于异质外延生长中存在的失配问题，现有技术需要采用一些附加工艺(例如光刻工艺)来减少失配应力、降低位错密度。然而，光刻工艺涉及制版、匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、坚膜等过程，还要结合干法刻
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种外延生长方法，用于至少部分解决上述技术问题。
2、本专利技术实施例第一方面提供一种外延生长方法，包括：在单晶衬底上制备包含目标材料的第一外延层；使用激光束在第一外延层上切割出图形，得到图形化衬底；将图形化衬底置于生长设备中进行横向和纵向外延生长，得到第二外延层。
3、根据本专利技术的实施例，激光束切割图形的尺寸为微纳米级；图形的形状为周期或非周期排列的矩形、圆形、三角形、梯形、六边形中的一种或多种。
4、根据本专利技术的实施例，第一外延层包括包含目标材料的成核层、包含目标材料的籽晶层和包含目标材料的外延层中的其中之一。
5、根据本专利技术的实施例，单晶衬底包括蓝宝石、硅、氧化镁、氧化锆、氧化镓、氮化硼、氮化镓、碳化硅、钛酸锶、砷化镓、磷化铟、金刚石中的其中之一。
6、根据本专利技术的实施例，单晶衬底的厚度大于等于30μm，第一外延层的厚度大于等于1nm。
7、根据本专利技术的实施例，采用电子束蒸镀、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束蒸镀、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、原子层沉积、等离子体化学气相沉积中的至少一种方式制备第一外延层或第二外延层。
8、根据本专利技术的实施例，方法还包括：在单晶衬底上制备至少一层缓冲层或至少一层功能层；在至少一层缓冲层或至少一层功能层上制备包含目标材料的第一外延层。
9、根据本专利技术的实施例，在单晶衬底上制备包含目标材料的第一外延层之前，方法还包括：采用湿法清洗或者原位等离子体清洗对单晶衬底进行清洗；在将图形化衬底置于生长设备中进行横向和纵向外延生长之前，方法还包括：采用湿法清洗或者原位等离子体清洗对图形化衬底进行清洗。
10、本专利技术实施例第二方面提供一种外延膜，该外延膜为采用上述外延生长方法制备得到的外延膜。
11、根据本专利技术实施例提供的外延生长方法，至少能够实现以下技术效果：
12、通过在单晶衬底上采用激光束加工制得含有目标材料的图形化衬底，以降低外延层与单晶衬底之间的接触面积，能够有效缓解衬底与外延膜之间的应力，降低外延体系的残余应力水平，从而得到高质量、低应力的外延层，进而能够制备高质量的外延膜。外延层图形之间区域的横向生长抑制了生长方向螺旋位错的传播，降低了位错密度，从而提高了外延膜质量。
13、进一步地，选择合适的激光加工参数和合适的图形化尺寸，能够进一步保证制得的图形化衬底的质量，进而制得高质量、低应力的外延层。
14、此外，该制备方法制备图形化衬底操作简单，不需要复杂工艺和多种设备配合，适用范围广，大幅度降低半导体器件的制备时间和经济成本。
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1.一种外延生长方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述激光束切割图形的尺寸为微纳米级；
3.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述第一外延层包括包含所述目标材料的成核层、包含所述目标材料的籽晶层和包含所述目标材料的外延层中的其中之一。
4.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底包括蓝宝石、硅、氧化镁、氧化锆、氧化镓、氮化硼、氮化镓、碳化硅、钛酸锶、砷化镓、磷化铟、金刚石中的其中之一。
5.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底的厚度大于等于30μm，所述第一外延层的厚度大于等于1nm。
6.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，采用电子束蒸镀、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束蒸镀、金属有机物化学气相沉积、分子束外延、原子层沉积、等离子体化学气相沉积中的至少一种方式制备所述第一外延层或第二外延层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的外延生长方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求1-6
9.一种外延膜，其特征在于，所述外延膜为采用如权利要求1-8任一项所述的外延生长方法制备得到的外延膜。
...【技术特征摘要】
1.一种外延生长方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述激光束切割图形的尺寸为微纳米级；
3.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述第一外延层包括包含所述目标材料的成核层、包含所述目标材料的籽晶层和包含所述目标材料的外延层中的其中之一。
4.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底包括蓝宝石、硅、氧化镁、氧化锆、氧化镓、氮化硼、氮化镓、碳化硅、钛酸锶、砷化镓、磷化铟、金刚石中的其中之一。
5.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述单晶衬底的厚度大于等于30μm，所述第一外...
【专利技术属性】
技术研发人员：屈鹏霏，金鹏，王镇，韩煦，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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