專利名稱：Iii族氮化物復(fù)合襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物復(fù)合襯底，其包含支持襯底和III族氮化物層，并且支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度高。
背景技術(shù)：
適用于半導(dǎo)體裝置的III族氮化物襯底例如AlxInyGa1IyN襯底(O彡x，0彡y，x+y ^ D的制造成本高。因此，使用這種III族氮化物襯底的半導(dǎo)體裝置要求高制造成本。鑒于上述情況，提出了作為相對(duì)低成本的III族氮化物復(fù)合襯底的用于半導(dǎo)體裝置的襯底來代替昂貴的厚III族氮化物襯底，其中在支持襯底上形成薄III族氮化物層。例如，日本特開2006-210660號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)公開了一種用于制造半導(dǎo)體襯底的方法， 其中在硅襯底等上形成氮化物半導(dǎo)體膜例如GaN或A1N?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2006-210660號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，日本特開2006-210660號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)中公開的半導(dǎo)體襯底具有因?yàn)镮II族氮化物層直接位于作為支持襯底的硅襯底等上并與其結(jié)合，所以結(jié)合強(qiáng)度弱的問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度高的III族氮化物復(fù)合襯底。解決問題的手段根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明是III族氮化物復(fù)合襯底,其包含支持襯底,在支持襯底上形成的氧化物膜和在氧化物膜上形成的III族氮化物層。在本發(fā)明的III族氮化物復(fù)合襯底中，所述氧化物膜可以為選自由TiO2膜和SrTiO3膜組成的組中的膜。在所述氧化物膜中可以添加有雜質(zhì)。在此，所述雜質(zhì)可包含選自由Nb和La組成的組中的至少一種元素。所述支持襯底可以為III族氮化物支持襯底?；蛘撸鲋С忠r底可以為藍(lán)寶石支持襯底。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，提供一種支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度高的III族氮化物復(fù)合襯底。


圖I是示出本發(fā)明III族氮化物復(fù)合襯底的實(shí)例的示意性橫截面圖。圖2是示出用于制造本發(fā)明III族氮化物復(fù)合襯底的方法的實(shí)例的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式[III族氮化物復(fù)合襯底]參考圖I，本發(fā)明實(shí)施方式中的III族氮化物復(fù)合襯底I包含支持襯底10、在支持襯底10上形成的氧化物膜20、和在氧化物膜20上形成的III族氮化物層30a。因?yàn)橹С忠r底10和III族氮化物層30a在其間插入氧化物膜20的情況下相互結(jié)合，所以本實(shí)施方式的III族氮化物復(fù)合襯底I在支持襯底10和III族氮化物層30a之間具有顯著高的結(jié)
合強(qiáng)度。支持襯底支持襯底10不受特別限制，只要能夠在所述支持襯底上形成氧化物膜20即可。所述支持襯底的優(yōu)選實(shí)例為藍(lán)寶石支持襯底、Si支持襯底、SiC支持襯底、III族氮化物支持 襯底等。在此，為了減少III族氮化物復(fù)合襯底中支持襯底和III族氮化物層之間的熱膨脹系數(shù)差，優(yōu)選III族氮化物支持襯底。所述III族氮化物支持襯底可以為單晶體、多晶體例如非取向性多晶體(例如燒結(jié)體)或取向性多晶體、或非晶體。為了降低制造成本，所述支持襯底優(yōu)選為多晶體或非晶體。為了提高III族氮化物復(fù)合襯底的透光性，優(yōu)選藍(lán)寶石支持襯底。另外，支持襯底10的厚度不受特別限制，只要所述厚度能夠支持氧化物膜20和III族氮化物層30a即可。為了易于操作，優(yōu)選300μπι以上的厚度。為了降低材料的成本，優(yōu)選1000 μ m以下的厚度。氧化物膜氧化物膜20不受特別限制，只要所述氧化物膜滿足以下條件即可能夠在所述氧化物膜上形成III族氮化物層30a ;能夠在支持襯底10上形成氧化物膜；并且所述氧化物膜提供支持襯底10和III族氮化物層30a之間的高結(jié)合強(qiáng)度。所述氧化物膜的優(yōu)選實(shí)例為TiO2膜、SrTiO3膜、Ga2O3膜、Al2O3膜等。為了提高來自III族氮化物層的透光性，所述氧化物膜優(yōu)選為高折射率的氧化物膜，其例如為選自由TiO2膜(折射率約2. 8)和SrTiO3膜(折射率約2. 4)組成的組中的膜。另外，為了賦予導(dǎo)電性，優(yōu)選在氧化物膜20中添加有雜質(zhì)。在此，為了提高導(dǎo)電性并提高支持襯底10和III族氮化物層30a之間的結(jié)合強(qiáng)度，所述雜質(zhì)例如優(yōu)選包括選自由Nb和La組成的組中的至少一種元素。另外，從添加的雜質(zhì)在提高導(dǎo)電性和結(jié)合強(qiáng)度上的效果高方面來看，所述雜質(zhì)可包括Sb、Mo、Fe、Al、Sn、Pt、I、B、N等中的任意元素。包含在氧化物膜20中的雜質(zhì)的濃度不受特別限制。為了提高導(dǎo)電性，所述濃度優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以上。為了提高透光性，所述濃度優(yōu)選為I質(zhì)量％以下。另外，氧化物膜20的厚度不受特別限制，只要所述厚度使得可提高支持襯底10和III族氮化物層30a之間的結(jié)合強(qiáng)度即可。為了提高結(jié)合強(qiáng)度，所述厚度優(yōu)選為50nm以上。為了降低成膜的成本，所述厚度優(yōu)選為IOOOnm以下。III族氮化物層III族氮化物層30a是指由III族氮化物例如AlxInyGa1IyN(O彡x, O彡y, x+y彡I)形成的層。III族氮化物層30a優(yōu)選為單晶體以使得可以在III族氮化物層上生長高結(jié)晶性外延層。
III族氮化物層30a的厚度不受特別限制，只要所述厚度能使得在III族氮化物層上生長高結(jié)晶性外延層即可。為了形成III族氮化物層30a而不引起其破裂，所述厚度優(yōu)選為IOOnm以上。為了提高III族氮化物層30a的厚度的精度并防止結(jié)晶性由于離子注入而降低，所述厚度優(yōu)選為1000 μ m以下。[用于制造III族氮化物復(fù)合襯底的方法]參考圖2，用于制造本實(shí)施方式的III族氮化物復(fù)合襯底I的方法不受特別限制，并包括例如，準(zhǔn)備支持襯底10并在該支持襯底10上形成氧化物膜20的步驟(圖2 (A))，以及在形成在支持襯底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物層30a以由此獲得III族氮化物復(fù)合襯底I的步驟(圖2(B)至圖2(D))。這種制造方法可用于有效地獲得其中支持襯底10和III族氮化物層30a之間的結(jié)合強(qiáng)度高的III族氮化物復(fù)合襯底I。參考圖2 (A)，準(zhǔn)備支持襯底10并在該支持襯底10上形成氧化物膜20的步驟可包括準(zhǔn)備支持襯底10的子步驟和在所述支持襯底10上形成氧化物膜20的子步驟。 在準(zhǔn)備支持襯底10的子步驟中，可通過適合于支持襯底的材料和形狀的一般方法來準(zhǔn)備支持襯底10。例如，可通過將由氣相法例如HVPE(氫化物氣相外延法)或升華法、或液相法例如助熔劑法或高氮壓溶液生長法獲得的III族氮化物晶體加工成預(yù)定形狀而準(zhǔn)備III族氮化物支持襯底?？赏ㄟ^將藍(lán)寶石晶體加工成預(yù)定形狀而準(zhǔn)備藍(lán)寶石支持襯
。在支持襯底10上形成氧化物膜20的子步驟中，用于在支持襯底10上形成氧化物膜20的方法不受特別限制，只要所述方法適合用于形成這種氧化物膜20即可?？墒褂靡话惴椒ɡ鐬R射、脈沖激光淀積、分子束外延、電子束氣相淀積或化學(xué)氣相淀積。參考圖2(B)至圖2(D)，在形成在支持襯底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物層30a以由此獲得III族氮化物復(fù)合襯底I的步驟可包括將離子I注入到距III族氮化物襯底30的主表面30η為特定深度的區(qū)域中的子步驟(圖2(B))，將位于III族氮化物襯底30的離子注入?yún)^(qū)30i (注入離子的區(qū)域，在以下說明中同樣適用)側(cè)上的主表面30η附著到在支持襯底10上形成的氧化物膜20上的子步驟(圖2(C))，以及沿離子注入?yún)^(qū)30i將III族氮化物襯底30分離成III族氮化物層30a和剩余的III族氮化物襯底30b以在形成在支持襯底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物層30a的子步驟(圖2(D))。在圖2(B)中所示的將離子I注入到距III族氮化物襯底30的主表面30η為特定深度的區(qū)域中的子步驟中，離子注入的深度不受特別限制并優(yōu)選不小于IOOnm且不大于1000 μ m。如果離子注入的深度小于lOOnm，則通過沿其離子注入?yún)^(qū)30i分離III族氮化物襯底30而形成的III族氮化物層30a容易破裂。如果深度大于1000 μ m,則產(chǎn)生寬離子分布，這使得難以調(diào)節(jié)襯底分離處的深度并由此使得難以調(diào)節(jié)III族氮化物層30a的厚度。另夕卜，注入離子的種類不受特別限制。為了防止形成的III族氮化物層的結(jié)晶性下降，優(yōu)選輕質(zhì)量的離子。例如，優(yōu)選氫離子、氦離子等。由此形成的離子注入?yún)^(qū)30i由于注入的離子而脆化。在圖2(C)中所示的將位于III族氮化物襯底30的離子注入?yún)^(qū)30i側(cè)上的主表面30η附著到在支持襯底10上形成的氧化物膜20上的子步驟中，所述附著方法不受特別限制。為了在附著后即使在高溫氣氛中也可以保持結(jié)合強(qiáng)度，優(yōu)選諸如如下的方法直接結(jié)合法，根據(jù)所述方法將待相互附著的表面清潔并直接相互附著，然后升溫至約600°C至約1200°C，從而使它們相互結(jié)合；或表面活化法，根據(jù)所述方法將待相互附著的表面通過等離子體、離子等活化并在約室溫(例如25°C )至約40(TC的低溫下相互結(jié)合。在圖2(D)中所示的沿離子注入?yún)^(qū)30i將III族氮化物襯底30分離成III族氮化物層30a和剩余的III族氮化物襯底30b以在形成在支持襯底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物層30a的子步驟中，沿其離子注入?yún)^(qū)30i分離III族氮化物襯底30的方法不受特別限制，只要所述方法對(duì)III族氮化物襯底30的離子注入?yún)^(qū)30i施加特定能量即可?？墒褂脤?duì)離子注入?yún)^(qū)30i施加壓力的方法，對(duì)其施加熱的方法，對(duì)其施加光的方法，以及對(duì)其施加超聲波的方法中的至少任一種。因?yàn)樵撾x子注入?yún)^(qū)30i由于注入的離子而脆化，所以III族氮化物襯底30接受上述能量而易于分離成附著到形成在支持襯底10上的氧化物膜20上的III族氮化物層30a，和剩余的III族氮化物襯底30b。以這種方式，在支持襯底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物層30a以由此獲得III族氮化物復(fù)合襯底I，其包含支持襯底10、在支持襯底10上形成的氧化物膜20、和在氧化物膜20上形成的III族氮化物層30a。
關(guān)于上述用于制造III族氮化物復(fù)合襯底的方法，對(duì)使用離子注入法形成III族氮化物層30a的情況給出了說明。然而，也可以通過將未注入離子的III族氮化物襯底附著到在支持襯底上形成的氧化物膜上，并且然后沿距III族氮化物晶體的附著主表面為預(yù)定深度的面分離III族氮化物晶體而形成所述III族氮化物層。在這種情況下，分離III族氮化物襯底的方法不受特別限制，并且可使用例如借助于線鋸、內(nèi)徑刀片、外徑刀片等切割的方法。[實(shí)施例]實(shí)施例Al-AlOI.支持襯底的準(zhǔn)備參考圖2 (A)，從借助于HVPE法生長的GaN晶體(未示出)中切割出直徑為50mm且厚度為500 μ m的10個(gè)襯底，并將主表面拋光以準(zhǔn)備10個(gè)GaN支持襯底(支持襯底10)。2.支持襯底上的氧化物膜的形成參考圖2 (A)，使用濺射法在10個(gè)GaN支持襯底(支持襯底10)上分別生長厚度為300nm的10種不同的TiO2膜(氧化物膜20)。在此，10種不同的TiO2膜為不添加雜質(zhì)的TiO2膜(實(shí)施例Al);添加O. 01質(zhì)量％Nb的TiO2膜(實(shí)施例A2);添加O. 01質(zhì)量％La的TiO2膜(實(shí)施例A3);添加O. 01質(zhì)量％Nb和O. 01質(zhì)量％La的TiO2膜(實(shí)施例A4);添加O. I質(zhì)量%Nb的TiO2膜(實(shí)施例A5);添加O. I質(zhì)量%La的TiO2膜(實(shí)施例A6);添加O. I質(zhì)量％Nb和O. I質(zhì)量％La的TiO2膜(實(shí)施例A7);添加I質(zhì)量％Nb的TiO2膜(實(shí)施例A8);添加I質(zhì)量％La的TiO2膜(實(shí)施例A9);添加I質(zhì)量％Nb和I質(zhì)量％La的TiO2膜(實(shí)施例A10)。將結(jié)果總結(jié)在表I中。3.氧化物膜上的III族氮化物層的形成參考圖2⑶，從借助于HVPE法生長的GaN晶體(未示出)中切割出直徑為50mm且厚度為500 μ m的10個(gè)襯底，并將主表面拋光以準(zhǔn)備10個(gè)GaN襯底(III族氮化物襯底30)，并將氫離子注入至距每個(gè)襯底的主表面30η為300nm的深度。參考圖2 (C)，用氬等離子體將10個(gè)GaN支持襯底(支持襯底10)上的TiO2膜(氧化物膜20)的主表面和10個(gè)GaN襯底(III族氮化物襯底30)的離子注入側(cè)上的主表面30η分別純化，并且然后用SMPa的結(jié)合壓力附著。參考圖2 (D)，將通過使其相互附著而各自形成的所得10個(gè)襯底在300°C下熱處理兩個(gè)小時(shí)以由此提高通過使其相互附著而各自形成的襯底的結(jié)合強(qiáng)度。另外，沿其離子注入?yún)^(qū)30i將GaN襯底(III族氮化物襯底)分離以由此在TiO2膜(氧化物膜20)上形成厚度為300nm的GaN層(III族氮化物層30a)。因此，獲得10個(gè)III族氮化物復(fù)合襯底1，其中依次形成GaN支持襯底(支持襯底10) ,TiO2膜(氧化物膜20)、和GaN層(III族氮化物層 30a)ο4.支持襯底和III族氮化物層之間結(jié)合強(qiáng)度的測量從由此獲得的10個(gè)III族氮化物復(fù)合襯底I的每一個(gè)，制備主表面大小為12mmX 12mm的五個(gè)樣品。用環(huán)氧化物粘合劑將每個(gè)樣品的GaN支持襯底(支持襯底10)和GaN層(III族氮化物層30a)固定到測量夾具上。在25°C的氣氛溫度和O. Imm/秒的拉伸速度下，測量樣品斷裂或破裂時(shí)GaN支持襯底(支持襯底10) -TiO2膜(氧化物膜20) -GaN層(III族氮化物層30a)之間的結(jié)合強(qiáng)度。樣品在TiO2膜(氧化物膜20)和GaN層(III 族氮化物層30a)之間的結(jié)合界面處全都斷裂或破裂。以如下方式將這種結(jié)合強(qiáng)度表示為相對(duì)結(jié)合強(qiáng)度。測量由一個(gè)III族氮化物復(fù)合襯底獲得的五個(gè)樣品的結(jié)合強(qiáng)度的平均值。另外，測量下述比較例Rl(其中GaN支持襯底(支持襯底10)和GaN層(III族氮化物層30a)直接相互附著而不在其間插入TiO2膜(氧化物膜20)的實(shí)例)的五個(gè)樣品的結(jié)合強(qiáng)度的平均值(將比較例Rl的結(jié)合強(qiáng)度平均值表示為I)。相對(duì)結(jié)合強(qiáng)度是實(shí)施例的平均結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)于比較例Rl的平均結(jié)合強(qiáng)度的值。將結(jié)果總結(jié)在表I中。比較例RlI.支持襯底的準(zhǔn)備以與實(shí)施例Al相同的方式,準(zhǔn)備一個(gè)GaN支持襯底(支持襯底)。2.支持襯底上的III族氮化物層的形成以與實(shí)施例Al相同的方式，準(zhǔn)備一個(gè)GaN襯底(III族氮化物襯底)并將氫離子注入至距所述GaN襯底的主表面為300nm的深度。隨后，用氬等離子體將GaN支持襯底(支持襯底)的主表面和GaN襯底(III族氮化物襯底)的離子注入側(cè)上的主表面分別純化，并且然后用SMPa的結(jié)合壓力相互附著。隨后，將通過使其相互附著而獲得的襯底在300°C下熱處理兩個(gè)小時(shí)以由此提高通過使其相互附著而獲得的襯底的結(jié)合強(qiáng)度。另外，沿其離子注入?yún)^(qū)將GaN襯底(III族氮化物襯底)分離以由此獲得III族氮化物復(fù)合襯底，其中在GaN支持襯底(III族氮化物支持襯底)上直接形成厚度為300nm的GaN層(III族氮化物層)。3.支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度的測量以與實(shí)施例Al相同的方式，測量獲得的III族氮化物復(fù)合襯底中的支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度。樣品在GaN支持襯底(支持襯底)和GaN層(III族氮化物層)之間的結(jié)合界面處全都斷裂。將結(jié)果總結(jié)在表I和2中。表I
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物復(fù)合襯底，其包含 支持襯底(10)； 在所述支持襯底(10)上形成的氧化物膜(20);和 在所述氧化物膜(20)上形成的III族氮化物層(30a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的III族氮化物復(fù)合襯底，其中所述氧化物膜(20)為選自由TiO2膜和SrTiO3膜組成的組中的膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的III族氮化物復(fù)合襯底，其中在所述氧化物膜(20)中添加有雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的III族氮化物復(fù)合襯底,其中所述雜質(zhì)包含選自由Nb和La組成的組中的至少一種元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的III族氮化物復(fù)合襯底，其中所述支持襯底(10)為III族氮化物支持襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的III族氮化物復(fù)合襯底，其中所述支持襯底(10)為藍(lán)寶石支持襯底。
全文摘要
一種III族氮化物復(fù)合襯底(1)，其包含支持襯底(10)；在所述支持襯底(10)上形成的氧化物膜(20)；和在所述氧化物膜(20)上形成的III族氮化物層(30a)。所述氧化物膜(20)可以為選自由TiO2膜和SrTiO3膜組成的組中的膜，并且在所述氧化物膜中可添加有雜質(zhì)。因此，提供其中支持襯底和III族氮化物層之間的結(jié)合強(qiáng)度高的III族氮化物復(fù)合襯底。
文檔編號(hào)H01L27/12GK102906857SQ20118002548
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者佐藤一成, 吉田浩章, 山本喜之, 八鄉(xiāng)昭廣, 松原秀樹 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社