專利名稱:制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,通過該方法,可以以高良率制造具有優(yōu)良特性的GaN基半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù):
作為制造GaN基半導(dǎo)體器件的通常方法,日本國家專利公開N0.2001-501778(PTLl)(對(duì)應(yīng)于 W01998/014986)和 0.B.Shechekin 等人的“High performance thin-filmflip-chip InGaN-GaN light-emitting diodes (高性能的薄膜倒裝芯片型 InGaN-GaN 發(fā)光二極管)” (APPLIED PHYSICS LEITERS89,071109 (2006),第 071109-1 頁至 071109-3 頁(NPLl))公開了一種方法,通過該方法,在作為基底襯底的藍(lán)寶石襯底上外延生長GaN基半導(dǎo)體層,該GaN基半導(dǎo)體層被轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移支撐襯底上或者被安裝在安裝襯底上,并且此后通過激光剝離從GaN基半導(dǎo)體層去除藍(lán)寶石襯底。引用列表專利文獻(xiàn)PTLl:日本國家專利公開 N0.2001-501778 (W01998/014986)非專利文獻(xiàn)NPLl:0.B.Shechekin 等人的 “High performance thin-f ilm f lip-chipInGaN-GaN light-emitting diodes (高性能的薄膜倒裝芯片型InGaN-GaN發(fā)光二極管)”(APPLIED PHYSICS LEITERS89,071109 (2006),第 071109-1 頁至 071109-3 頁)
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題根據(jù)以上引用的日本國家專利公開N0.2001-501778 (W01998/014986)和 0.B.Shechekin 等 人 的“High performance thin-film flip-chip InGaN-GaNlight-emitting diodes (高性能的薄膜倒裝芯片型InGaN-GaN發(fā)光二極管)” (APPLIEDPHYSICS LETTERS89, 071109 (2006),第 071109-1 頁至 071109-3 頁(NPLl))中公開的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,使用激光剝離來去除作為基底襯底的藍(lán)寶石襯底。因此,對(duì)GaN基半導(dǎo)體層造成明顯的損傷并且GaN基半導(dǎo)體層在被去除藍(lán)寶石襯底之后的表面形貌劣化,從而導(dǎo)致所得到的GaN基半導(dǎo)體器件的特性劣化并且良率降低的問題。本發(fā)明的目的在于解決以上問題,從而提供一種制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,通過該方法,可以以高良率制造具有優(yōu)良特性的GaN基半導(dǎo)體器件。解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,一種制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟:使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底,該復(fù)合襯底包括:支撐襯底,其具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù);和GaN層,其被結(jié)合到支撐襯底;在復(fù)合襯底的GaN層上生長至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層;以及通過溶解支撐襯底去除復(fù)合襯底的支撐襯底。根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法可以進(jìn)一步包括以下步驟:在生長GaN基半導(dǎo)體層的步驟之后和通過溶解支撐襯底去除支撐襯底的步驟之前,將轉(zhuǎn)移支撐襯底結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層;以及在通過溶解支撐襯底去除支撐襯底的步驟之后,將轉(zhuǎn)移支撐襯底和GaN基半導(dǎo)體層制作成器件和芯片。根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法可以進(jìn)一步包括以下步驟:在生長GaN基半導(dǎo)體層的步驟之后和通過溶解支撐襯底去除支撐襯底的步驟之前,將生長在復(fù)合襯底上的GaN基半導(dǎo)體層制作成器件和芯片,以及將被制作成器件和芯片的GaN基半導(dǎo)體層安裝在安裝襯底上。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,支撐襯底可以包括從由鑰以及氧化鋁和氧化硅的復(fù)合氧化物組成的組中選擇的至少一種。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明,可以提供一種制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,通過該方法,可以以高良率制造具有優(yōu)良特性的GaN基半導(dǎo)體器件。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法的實(shí)例的示意性橫截面圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法的另一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面圖。圖3是示出在根據(jù)本發(fā)明的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法中的制備復(fù)合襯底的步驟的實(shí)例的示意性橫截面圖。圖4是示出制造GaN基半導(dǎo)體器件的通常方法的實(shí)例的示意性橫截面圖。圖5是示出制造GaN基半導(dǎo)體器件的通常方法的另一個(gè)實(shí)例的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參照?qǐng)D1和圖2,本發(fā)明的實(shí)施例中的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括:使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底I的步驟(圖1 (A)和圖2 (A)),復(fù)合襯底I包括支撐襯底10和GaN層21,支撐襯底10具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù),GaN層21被結(jié)合到支撐襯底10 ;在復(fù)合襯底I的GaN層21上生長至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層40的步驟(圖1 (B)和圖2 (B));以及通過溶解支撐襯底10去除復(fù)合襯底I的支撐襯底10的步驟(圖1 (D)和圖2 (E))。本實(shí)施例中的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法使用復(fù)合襯底I,復(fù)合襯底I包括:支撐襯底10,其具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率落在不小于0.8且不大于1.2的范圍內(nèi)并且基本上與GaN的熱膨脹系數(shù)相同或充分接近的熱膨脹系數(shù);以及GaN21,其被結(jié)合到支撐襯底10。因此,在復(fù)合襯底I的GaN層21上,可以生長高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體層40,而不出現(xiàn)卷曲和裂縫。另外,因?yàn)樵谏LGaN基半導(dǎo)體層40之后,復(fù)合襯底I的支撐襯底10被溶解從而被去除,所以對(duì)GaN基半導(dǎo)體層40造成的損傷較小,并且去除了支撐襯底10的GaN層21具有良好的表面形貌。因此,可以以高良率得到具有優(yōu)良特性的半導(dǎo)體器件。本實(shí)施例中的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法可以進(jìn)一步包括如下面更詳細(xì)描述的以下步驟。實(shí)施例1A參照?qǐng)D1,實(shí)施例1的更具體的實(shí)施例1A進(jìn)一步包括在生長GaN基半導(dǎo)體層40的步驟(圖1 (B))之后且在通過溶解支撐襯底10去除支撐襯底10的步驟(圖1 (D))之前將轉(zhuǎn)移支撐襯底50結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層40的步驟(圖1(C)),并且包括在通過溶解支撐襯底10去除支撐襯底10的步驟(圖1 (D))之后將轉(zhuǎn)移支撐襯底50和GaN基半導(dǎo)體層40制作成器件和芯片的步驟(圖1(E))。根據(jù)本實(shí)施例中的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,可以以高良率得到具有優(yōu)良特性的垂直型GaN基半導(dǎo)體器件。在下面,將詳細(xì)描述每個(gè)步驟。制備復(fù)合襯底的步驟首先,參照?qǐng)D1 (A),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底I的步驟,復(fù)合襯底I包括:支撐襯底10,其具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X 10_6°C -1)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù);以及GaN層21,其被結(jié)合到支撐襯底10。這里,離子注入分離方法是指如下方法:將特定離子注入半導(dǎo)體襯底中,通過熱處理等蒸發(fā)離子,并且使用此時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力將薄半導(dǎo)體層與半導(dǎo)體襯底分離。支撐襯底10不受具體限制,只要支撐襯底10具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率不小于0.8且不大于1.2的膨脹系數(shù)即可。就它們各自的熱膨脹系數(shù)之差減小將更有效地防止在生長GaN基半導(dǎo)體層40時(shí)可能出現(xiàn)的卷曲和裂縫這一事實(shí)而言,支撐襯底10的熱膨脹系數(shù)的比率優(yōu)選地不小于0.9且不大于1.05。此外,就支撐襯底10將被溶解從而被去除這一事實(shí)而言,需要支撐襯底10是溶解在特定溶劑中的材料。就以上內(nèi)容而言,優(yōu)選地,支撐襯底10包括例如選自由Mo (鑰)和Al2O3-SiO2 (氧化鋁-氧化硅)復(fù)合氧化物組成的組中的至少一個(gè)。這個(gè)復(fù)合氧化物還包括Al2O3 = SiO2是0.6:0.4的富鋁紅柱石(mullHe)。更優(yōu)選地,襯底選自Mo襯底和Al2O3:SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底。這里,Mo襯底具有6.0X10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù)并且Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底具有5.5X 10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù)。它們各自的熱膨脹系數(shù)基本上與GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X KT6TT1)相同或充分接近。應(yīng)該注意,本文使用的熱膨脹系數(shù)是在室溫(25°C和其附近的溫度)下的值。Mo襯底在硝酸中溶解并且Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底在氫氟酸中溶解。制備復(fù)合襯底I的步驟不受具體限制。然而,就有效制造復(fù)合襯底I而言,優(yōu)選地包括以下的子步驟,如圖3中所示。參照?qǐng)D3 (BI),制備復(fù)合襯底I的步驟包括通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法、濺射方法、真空沉積方法等在GaN襯底20的一個(gè)主表面上形成諸如SiO2層、SixNy層等的接合層32的子步驟。然后,參照?qǐng)D3 (B2),制備復(fù)合襯底I的步驟包括以下的子步驟:從形成有GaN襯底20的接合層32的主表面?zhèn)茸⑷胫T如氫、氦等的具有低質(zhì)量數(shù)的離子I,從而在從形成GaN襯底20的接合層32的主表面起預(yù)定深度的區(qū)域中形成離子注入?yún)^(qū)20i。這種離子注入?yún)^(qū)20i相對(duì)于其它區(qū)域被脆化。參照?qǐng)D3 CA),制備復(fù)合襯底I的步驟包括通過CVD (化學(xué)氣相沉積)方法、濺射方法、真空沉積方法等在支撐襯底10的一個(gè)主表面上形成諸如SiO2層、SixNy層等的接合層32的子步驟。這里,至于執(zhí)行分別在圖3的(BI)和(B2)中示出的、在GaN襯底20上形成接合層32的子步驟和在GaN襯底20中形成離子注入?yún)^(qū)20i的子步驟,以及執(zhí)行在圖3 (A)中示出的在支撐襯底10上形成接合層31的子步驟的次序,首先執(zhí)行哪個(gè)子步驟并不重要。然后,參照?qǐng)D3 (Cl),制備復(fù)合襯底I的步驟包括將形成在GaN襯底20上的接合層32和形成在支撐襯底10上的接合層31彼此結(jié)合的子步驟??梢詧?zhí)行這個(gè)子步驟以得到接合襯底1P,在該接合襯底IP中,支撐襯底10和GaN襯底20彼此結(jié)合而接合層30置于其間,接合層31、32 —體化在接合層30中。然后,參照?qǐng)D3 (C2),制備復(fù)合襯底I的步驟包括通過向接合襯底IP施加熱或應(yīng)力,沿著離子注入?yún)^(qū)20i將GaN襯底20分離成結(jié)合到支撐襯底10的GaN層21和剩余GaN襯底22??梢詧?zhí)行這個(gè)子步驟以得到復(fù)合襯底1,在該復(fù)合襯底I中,GaN層21被結(jié)合在支撐襯底10上而接合層30置于其間。雖然已經(jīng)關(guān)于在支撐襯底10和GaN襯底20兩者上形成接合層31、32的情況給出了制備復(fù)合襯底的步驟的描述,但是接合層可以被形成到并結(jié)合到僅支撐襯底10和GaN襯底20中的一個(gè),或者上面沒有形成接合層的支撐襯底10和GaN襯底20也可以被彼此結(jié)合。生長GaN基半導(dǎo)體層的步驟接下來,參照?qǐng)D1 (B),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括在復(fù)合襯底I的GaN層21上生長至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層40的步驟??梢詧?zhí)行這個(gè)步驟以得到附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2,其中,至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層40形成在復(fù)合襯底I的GaN層21上。這里,GaN基半導(dǎo)體層40是指包含Ga作為III族元素的III族氮化物半導(dǎo)體層,并且GaN基半導(dǎo)體層的實(shí)例可以包括AlxInyGa1TyN層(0 ( x、0 ( y, x+y〈l)等。關(guān)于生長GaN基半導(dǎo)體層40的步驟,用于生長GaN基半導(dǎo)體層40的方法不受具體限制。然而,就生長高質(zhì)量的GaN基半導(dǎo)體層40而言,該方法的合適實(shí)例可以包括MOVPE(金屬有機(jī)氣相外延)方法、MBE (分子束外延)方法、HVPE (混合氣相外延)方法等。取決于將要制作的GaN基半導(dǎo)體器件的類型,將要生長的GaN基半導(dǎo)體層40的組成不同。例如,在GaN基半導(dǎo)體器件是諸如LED (發(fā)光二極管)和LD (激光二極管)的發(fā)光器件的情況下,GaN基半導(dǎo)體層40包括例如n型半導(dǎo)體層41、有源層43和p型半導(dǎo)體層45。將轉(zhuǎn)移支撐襯底結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層的步驟接下來,參照?qǐng)D1 (C),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括將轉(zhuǎn)移支撐襯底50結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層40的步驟??梢詧?zhí)行這個(gè)步驟以得到接合襯底主體3,在接合襯底主體3中,復(fù)合襯底1、GaN基半導(dǎo)體層40和轉(zhuǎn)移支撐襯底50以此次序彼此結(jié)合。在將轉(zhuǎn)移支撐襯底結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層的步驟中使用的轉(zhuǎn)移支撐襯底50不受具體限制,只要它可以支撐GaN基半導(dǎo)體層40。然而,就形成垂直型器件而言,轉(zhuǎn)移支撐襯底優(yōu)選地是導(dǎo)電襯底,并且合適的實(shí)例可以包括Ge襯底、Si襯底、多晶AlN襯底等。如何將轉(zhuǎn)移支撐襯底50結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層40不受具體限制。就GaN基半導(dǎo)體層40和轉(zhuǎn)移支撐襯底50之間的良好接合和電連接而言,優(yōu)選地,將連接層60置于其間。具體地,在GaN基半導(dǎo)體層40上,p側(cè)歐姆電極層61和焊料層63被形成為連接層60的一部分,并且在轉(zhuǎn)移支撐襯底50上,歐姆電極層67和金屬焊盤層65被形成為連接層60的一部分。焊料層63和金屬焊盤層65被彼此結(jié)合,從而連接GaN基半導(dǎo)體層40和轉(zhuǎn)移支撐襯底50并將連接層60置于其間。這里,Ni/Au電極層例如適宜用作p側(cè)歐姆電極層61,Au-Sn焊料層例如適宜用作焊料層63,Au焊盤層例如適宜用作金屬焊盤層65,并且Ni/Pt/Au電極層例如適宜用作歐姆電極層67。替代在GaN基半導(dǎo)體層40上被形成為連接層60的一部分的p側(cè)歐姆電極層61和焊料層63的是:還可以使用高反射p側(cè)歐姆電極層(例如,Ni/Au電極層)和焊料層(例如,Au-Sn焊料層);透明p側(cè)歐姆電極層(例如,薄Ni/Au電極層)和高反射金屬層(例如,Al層)和金屬焊料層(例如,Au-Sn焊料層);或者透明p側(cè)歐姆電極層(例如,薄Ni/Au電極層)和高反射金屬層(例如,Al層)和抗漫射金屬層(例如,Pt層、Mo層或W層)和焊料層(例如,Au-Sn焊料層)等。通過溶解支撐襯底而將其去除的步驟接下來,參照?qǐng)D1 (D),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括通過溶解支撐襯底10而去除接合襯底主體3中的復(fù)合襯底I的支撐襯底10的步驟。可以執(zhí)行這個(gè)步驟以得到附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4,在轉(zhuǎn)移支撐襯底4中,GaN基半導(dǎo)體層40和轉(zhuǎn)移支撐襯底50彼此結(jié)合。S卩,可以如上所述地執(zhí)行將轉(zhuǎn)移支撐襯底50結(jié)合到附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2的GaN基半導(dǎo)體層40的步驟和通過溶解支撐襯底10而將其去除的步驟,從而將GaN基半導(dǎo)體層40從支撐襯底10轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移支撐襯底50。這里,取決于支撐襯底10的類型,溶解支撐襯底10的溶劑不同。例如,在支撐襯底10是Mo襯底的情況下,使用硝酸(例如,30質(zhì)量%的硝酸水溶液)作為用于該襯底的溶劑。在支撐襯底10是Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底的情況下,使用氫氟酸(例如,20質(zhì)量%的氫氟酸溶液)作為用于該襯底的溶劑。此外,在接合襯底主體3中的復(fù)合襯底I的支撐襯底10被溶解從而被去除之后被暴露的接合層30通過溶解而被去除。取決于接合層30的類型,溶解連接層30的溶劑不同。在接合層30是SiO2層的情況下,使用氫氟酸(例如,20質(zhì)量%的氫氟酸水溶液)作為用于該接合層的溶劑。這里,通過溶解從而從接合襯底主體3去除支撐襯底10和接合層30而得到的、附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的GaN層21的被暴露主表面相對(duì)于在通過激光剝離去除支撐襯底和接合層的情況下被暴露的主表面是極其平坦的。應(yīng)該注意,當(dāng)通過溶解將接合襯底主體3的支撐襯底10和接合層30去除時(shí),優(yōu)選地利用蠟(未示出)等保護(hù)接合襯底主體3的轉(zhuǎn)移支撐襯底50側(cè),和/或通過在溶解支撐襯底10之前研磨或拋光來預(yù)先去除支撐襯底10的一部分。特別地,在使用氫氟酸作為溶劑的情況下,優(yōu)選地如上所述保護(hù)轉(zhuǎn)移支撐襯底50,并且在溶解支撐襯底10之前,通過研磨或拋光部分去除諸如Al2O3-SiO2復(fù)合氧化物襯底的支撐襯底10。將轉(zhuǎn)移支撐襯底和GaN基半導(dǎo)體層制作成器件和芯片接下來,參照?qǐng)D1 (E),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括將附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的轉(zhuǎn)移支撐襯底50和GaN基半導(dǎo)體層40制作成器件和芯片的步驟。這里,制作成器件是指通過例如在轉(zhuǎn)移支撐襯底50和GaN基半導(dǎo)體層40上形成電極(p側(cè)電極70p和n側(cè)電極70n)制作半導(dǎo)體器件5。制作成芯片是指將半導(dǎo)體器件5分成預(yù)定尺寸的芯片。用于制作芯片的方法不受具體限制,并且該方法的合適實(shí)例可以包括劃線及折斷方法(scribe-and-break method)、切片方法等。例如,在附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的轉(zhuǎn)移支撐襯底50是導(dǎo)電襯底的情況下,在附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4中,n側(cè)電極70n形成在GaN基半導(dǎo)體層40上并且P層電極70p形成在轉(zhuǎn)移支撐襯底50上,并且另外,它們被制作成芯片。因此,可以得到以作為垂直型器件的芯片形式的半導(dǎo)體器件5。應(yīng)該注意,因?yàn)橥ㄟ^溶解并從而去除支撐襯底10和接合層30而被暴露的附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的主表面極其平坦,所以為了增大光提取效率的目的,可以通過干蝕刻或濕蝕刻使表面粗糙,從而與通過激光剝離方法去除支撐襯底和接合層的情況相t匕,形成極其均勻的粗糙形狀。實(shí)施例1B參照?qǐng)D2,實(shí)施例1的更具體實(shí)施例1B在生長GaN基半導(dǎo)體層40的步驟(圖2(B))之后且在通過溶解支撐襯底10而去除支撐襯底10的步驟(圖2 (E))之前還包括將復(fù)合襯底I上生長的GaN基半導(dǎo)體層40制作成器件和芯片的步驟(圖2 (C)),以及將已經(jīng)被制作成器件和芯片的GaN基半導(dǎo)體層40安裝在安裝襯底80上的步驟(圖2 (D))。本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法可以用于以高良率安裝具有優(yōu)良特性的橫向型GaN基半導(dǎo)體器件。在下面,將詳細(xì)描述每個(gè)步驟。制備復(fù)合襯底的步驟首先,參照?qǐng)D2 (A),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底I的步驟,復(fù)合襯底I包括:支撐襯底10,其具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X 10_6°C -1)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù);以及GaN層21,其被結(jié)合到支撐襯底10。因?yàn)檫@個(gè)步驟與上述的實(shí)施例1A的步驟近似,所以這里將不重復(fù)其描述。生長GaN基半導(dǎo)體層的步驟接下來,參照?qǐng)D2 (B),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括在復(fù)合襯底I的GaN層21上生長至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層40的步驟??梢詧?zhí)行這個(gè)步驟以得到附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2,其中,至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層40 (例如,n型半導(dǎo)體層41、有源層43和p型半導(dǎo)體層45)形成在復(fù)合襯底I的GaN層21上。因?yàn)檫@個(gè)步驟與上述的實(shí)施例1A的步驟近似,所以這里將不重復(fù)其描述。將GaN基半導(dǎo)體層制作成器件和芯片的步驟接下來,參照?qǐng)D2 (C),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括將附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2的復(fù)合襯底I上生長的GaN基半導(dǎo)體層40制作成器件和芯片的步驟。這里,制作成器件是指通過例如在GaN基半導(dǎo)體層40上形成電極(p側(cè)電極70p和n側(cè)電極70n)制作半導(dǎo)體器件5。制作成芯片是指將半導(dǎo)體器件5分成預(yù)定尺寸的芯片。用于制作芯片的方法不受具體限制,并且該方法的合適實(shí)例可以包括劃線及折斷方法、切片方法等。例如,在附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2中的GaN基半導(dǎo)體層40的p型半導(dǎo)體層45上,形成P側(cè)電極70p。隨后,對(duì)p側(cè)電極70p的一部分以及GaN基半導(dǎo)體層40的p型半導(dǎo)體層45和有源層43的一部分進(jìn)行臺(tái)階蝕刻,以暴露n型半導(dǎo)體層41的一部分。在n型半導(dǎo)體層41被暴露的部分上,形成n側(cè)電極70n。另外,由它們制作芯片,從而得到以芯片形式制作為橫向器件的半導(dǎo)體器件5。這里,p側(cè)電極70p和n側(cè)電極70n的合適實(shí)例與實(shí)例IA的那些近似,并且這里將不再重復(fù)其描述。應(yīng)該注意,p側(cè)電極70p和n側(cè)電極70n優(yōu)選地被由厚膜焊盤形成的保護(hù)電極(未示出)覆蓋,使得它們可以經(jīng)受在本文隨后描述的安裝步驟中的超聲接合。就增大光提取效率而言,優(yōu)選地在P側(cè)電極70p上形成高反射金屬電極(未示出)。安裝被制作成器件和芯片的GaN基半導(dǎo)體層40的步驟接下來,參照?qǐng)D2 (D),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括將通過上述制作成器件和芯片的步驟得到的被制作成器件和芯片的半導(dǎo)體器件5的GaN基半導(dǎo)體層40安裝在安裝襯底80上的步驟。可以執(zhí)行這個(gè)步驟,以將橫向型半導(dǎo)體器件5倒裝安裝在安裝襯底80上。雖然這個(gè)步驟中使用的安裝襯底80不受具體限制,但是安裝襯底80可以包括例如電絕緣基礎(chǔ)襯底81,p側(cè)導(dǎo)電部分87p和n側(cè)導(dǎo)電部分87n形成在該電絕緣基礎(chǔ)襯底81上。用于將半導(dǎo)體器件5安裝在安裝襯底80上的方法不受具體限制。例如,以如下方式將半導(dǎo)體器件5安裝在安裝襯底80上,使得由導(dǎo)電連接材料形成的凸塊90形成在半導(dǎo)體器件5的p側(cè)電極70p和n側(cè)電極70n中的每一個(gè)上,半導(dǎo)體器件5的p側(cè)電極70p電連接到安裝襯底80的p側(cè)導(dǎo)電部分87p,并且半導(dǎo)體器件5的n側(cè)電極70n電連接到安裝襯底80的n側(cè)導(dǎo)電部分87n??梢詧?zhí)行這個(gè)步驟以得到被安裝在安裝襯底80上的、經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6。此外,優(yōu)選地,根據(jù)需要,利用諸如硅樹脂的底部涂層(未示出)保護(hù)電接合部分(P側(cè)電極70p、n側(cè)電極70n、p側(cè)導(dǎo)電部分87p、n側(cè)導(dǎo)電部分87n和凸塊90)及其周圍。通過溶解支撐襯底而將其去除的步驟接下來,參照?qǐng)D2 (E),本實(shí)施例的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法包括通過溶解支撐襯底10而去除被安裝在安裝襯底80上的、經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6的支撐襯底的步驟。可以執(zhí)行這個(gè)步驟,以通過將GaN基半導(dǎo)體層40結(jié)合到安裝襯底80上從而安裝半導(dǎo)體器件來得到經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7。用于通過溶解支撐襯底而去除經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6的支撐襯底10的溶劑和方法與實(shí)施例1A中的用于溶解接合襯底主體3的支撐襯底10的溶劑和方法近似,并且這里將不再重復(fù)其描述。此外,以與實(shí)施例1A類似的方式,通過溶解經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6的接合層30將其去除。應(yīng)該注意,因?yàn)橥ㄟ^溶解并從而從經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6去除支撐襯底10和接合層30而得到的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7的GaN層21的被暴露主表面極其平坦,并且因此,當(dāng)為了增大光提取效率的目的而通過干蝕刻或濕蝕刻使表面粗糙時(shí),與通過激光剝離方法去除支撐襯底和接合層的情況相比,可以形成極其均勻的粗糙形狀。實(shí)例實(shí)例I1.制備復(fù)合襯底參照?qǐng)D1 (A),以如下方式制備復(fù)合襯底1:將GaN層21結(jié)合到Mo襯底(支撐襯底10)而SiO2層(接合層30)置于其間。
參照?qǐng)D3(B1),制備GaN襯底20,該GaN襯底20具有4英寸的直徑和600 U m的厚度并且具有為(0001)面(Ga原子面)和(000-1)面(N原子面)的兩個(gè)主表面。GaN襯底20的這些主表面已經(jīng)被拋光并且利用AFM (原子力顯微鏡)在50 ii mX 50 ii m的正方形范圍內(nèi)測(cè)量RMS (均方根)粗糙度(對(duì)應(yīng)于JIS B0601:2001的Rq),并且測(cè)得的粗糙度是5nm或更小。還通過陰極發(fā)光方法測(cè)量GaN襯底20的位錯(cuò)密度,并且測(cè)得的位錯(cuò)密度是2X105cm_2。隨后,在這個(gè)GaN襯底20的(000_1)面(N原子面)的主表面上,通過等離子體CVD方法,形成厚度為300nm的SiO2層(接合層32),通過CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)將所形成的SiO2層(接合層32)精確拋光,并且因此得到厚度為150nm并具有平坦主表面的SiO2層(接合層32),該主表面具有Inm或更小的RMS粗糙度。隨后,參照?qǐng)D3 (B2),從形成在GaN襯底20的(000-1)面(N原子面)的主表面上的SiO2層(接合層32)注入氫原子,以在從GaN襯底20的(000-1)面(N原子面)的主表面起深度為300nm深度的位置處形成離子注入?yún)^(qū)20i。另外,參照?qǐng)D3 (A),制備具有4英寸(10.16cm)的直徑、600 iim的厚度且99.99質(zhì)量%的純度的Mo襯底(支撐襯底10)。該Mo襯底(支撐襯底10)具有6.0 X 10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù),其基本上與GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X10_6°C 相同。該Mo襯底(支撐襯底10)具有被拋光的主表面,該主表面的RMS粗糙度為5nm或更小,并且Mo襯底的充填率為99體積%或更大(孔隙率為I體積%或更小)。隨后,在該Mo襯底(支撐襯底10)的主表面上,通過等離子體CVD方法形成具有300nm厚度的SiO2層(接合層31),通過CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)將所形成的SiO2層(接合層31)精確拋光,并且因此得到厚度為150nm并具有平坦主表面的SiO2層(接合層31),該主表面具有Inm或更小的RMS粗糙度。應(yīng)該注意,關(guān)于圖3 (BI)和圖3 (B2)中示出的在GaN襯底20上和GaN襯底20中形成SiO2層(接合層32)和離子注入?yún)^(qū)20i以及在圖3 (A)中示出的在Mo襯底(支撐襯底10)上形成SiO2層(接合層31)的次序,首先執(zhí)行哪個(gè)步驟并不重要。然后,參照?qǐng)D3 (Cl),機(jī)械地將形成在GaN襯底20上的SiO2層(接合層32)和形成在Mo襯底(支撐襯底10)上的SiO2層(接合層31)彼此接合,使得它們彼此面對(duì)。它們因此被接合在一起以得到接合襯底1P,在接合襯底IP中,Mo襯底(支撐襯底10)和GaN襯底20被彼此結(jié)合而厚度為300nm的SiO2層(接合層30)置于其間,SiO2層(接合層32)和SiO2層(接合層31) —體化在該SiO2層(接合層30)中。然后,參照?qǐng)D3 (Cl)和圖3 (C2),加熱接合襯底1P,以沿著離子注入?yún)^(qū)20i將GaN襯底分離成結(jié)合到Mo襯底(支撐襯底10)的GaN層21和剩余GaN襯底22,從而得到復(fù)合襯底I,在復(fù)合襯底I中,厚度為300nm的GaN層21被結(jié)合到厚度為600 y m的Mo襯底(支撐襯底10)上而厚度為300nm的SiO2層(接合層30)置于其間。2.生長GaN基半導(dǎo)體層接下來,參照?qǐng)D1(B),在復(fù)合襯底I的GaN層21上,應(yīng)用MOVPE方法,以連續(xù)生長n型GaN層(n型半導(dǎo)體層41 )、InGaN多量子阱有源層(有源層43)和p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層45),從而得到附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2,其包括具有LED結(jié)構(gòu)以及5 y m整體厚度的GaN基半導(dǎo)體層40。因?yàn)镸o襯底(支撐襯底10)、GaN層21和GaN基半導(dǎo)體層40具有各自的基本上彼此相等的熱膨脹系數(shù),所以附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2沒有出現(xiàn)卷曲和裂縫。3.將轉(zhuǎn)移支撐襯底結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層接下來,參照?qǐng)D1 (C),在附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2中的GaN基半導(dǎo)體層40的p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層45)上,通過真空沉積方法,將厚度為3 ii m的Ni/Au電極層(p側(cè)歐姆電極層61)和Au-Sn焊料層(焊料層63)兩者形成為連接層60的一部分。還制備具有4英寸的直徑、600 u m的厚度以及5nm或更小的主表面RMS粗糙度的Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)。這里,Ge襯底具有6.1X10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù),其非常接近GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X KT6TT1 )。在這個(gè)Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)的主表面上,通過真空沉積方法,將1^111厚度的附/^/^11電極層(歐姆電極層67)和Au焊盤層(金屬焊盤層65)形成為連接層60的一部分。隨后,在300°C的環(huán)境溫度下并以合適的壓力應(yīng)用,對(duì)附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2中的GaN基半導(dǎo)體層40的p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層45)上形成的Au-Sn焊料層(焊料層63)以及在Ge襯底(傳遞支撐襯底50)上形成的Au焊盤層(金屬焊盤層65)進(jìn)行熱處理,使得它們被金屬結(jié)合在一起,從而得到接合襯底主體3,在接合襯底主體3中,附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2的GaN基半導(dǎo)體層40和Ge襯底(傳遞支撐襯底50)彼此結(jié)合而連接層60置于其間。因?yàn)镸o襯底(支撐襯底10)、GaN層21、GaN基半導(dǎo)體層40和Ge襯底(傳遞支撐襯底50)各自的熱膨脹系數(shù)基本上彼此相同或充分接近,所以接合襯底主體3沒有出現(xiàn)卷曲和裂縫。4.通過溶解支撐襯底而將其去除接下來,參照?qǐng)D1 (D),利用蠟(未示出)保護(hù)接合襯底主體3的Ge襯底(傳遞支撐襯底50)側(cè),并且此后將接合襯底主體3浸沒在30質(zhì)量%的硝酸水溶液中,從而溶解并去除Mo襯底(支撐襯底10),并且然后將其浸沒在20質(zhì)量%的氫氟酸水溶液中,從而溶解并去除SiO2層(接合層30)。以此方式,得到附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4,其中,GaN基半導(dǎo)體層40和Ge襯底(傳遞支撐襯底50)彼此結(jié)合而連接層60置于其間。附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的GaN層21的被暴露主表面具有0.36nm的RMS粗糙度,即,是極其平坦的。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。5.將附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底制作成器件和芯片接下來,參照?qǐng)D1 (E),在通過部分去除附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的GaN層21而暴露的n型GaN層41上,通過真空沉積方法每個(gè)芯片形成Ni/Pt/Au電極(n側(cè)電極70n)。在附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4的Ge襯底(傳遞支撐襯底50)的整個(gè)表面上,通過真空沉積方法形成Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)。以此方式,得到LED,該LED是由附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底4制作的半導(dǎo)體器件5。然后,通過切片方法,將半導(dǎo)體器件5劃分成100個(gè)尺寸為400 u mX400 u m的芯片。分別利用銀膏和引線將以芯片形式制作的100個(gè)半導(dǎo)體器件5安裝在安裝襯底上。合格器件相對(duì)于以芯片形式制作的100個(gè)經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件5的比率,即良率,為99%,在合格器件中,當(dāng)以相反方向施加5V電壓時(shí),漏電流為IOOii A或更小。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。至于實(shí)例1,使用Mo襯底作為支撐襯底10。以與實(shí)例I類似的方式將LED制作為半導(dǎo)體器件5,不同之處在于, 使用具有4英寸的直徑、600 u m的厚度并且Al2O3: SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底作為支撐襯底10并且使用20質(zhì)量%的氫氟酸水溶液作為用于溶解支撐襯底10的溶劑,并且將LED安裝在安裝襯底上。所得到的結(jié)果與實(shí)例I的結(jié)果類似。這里,Al2O3: SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)具有5.5 X 10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù),其充分接近GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0 X 10_6°C -1)。此外,Al2O3: SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)將其主表面拋光,并且具有5nm或更小的主表面RMS粗糙度,以及98體積%或更大的充填率(2體積%或更小的孔隙率)。比較例I1.在藍(lán)寶石襯底上生長GaN基半導(dǎo)體層參照?qǐng)D4 (A),制備具有4英寸的直徑和600 iim的厚度并且以(0001)面作為主表面的藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)。這個(gè)藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)具有5nm或更小的主表面粗糙度。然后,參照?qǐng)D4(B),在藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)上,應(yīng)用MOVPE方法,以連續(xù)生長n型GaN緩沖層120、n型GaN層(n型半導(dǎo)體層141)、InGaN多量子阱有源層(有源層143)和p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145),以得到附連半導(dǎo)體層的基底襯底102,其包括具有LED結(jié)構(gòu)以及5 iim整體厚度的GaN基半導(dǎo)體層140。對(duì)于附連半導(dǎo)體層的基底襯底102,由于藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)、n型GaN緩沖層120和GaN基半導(dǎo)體層140之間存在熱膨脹系數(shù)差別,導(dǎo)致出現(xiàn)卷曲。2.將轉(zhuǎn)移支撐襯底結(jié)合到GaN基半導(dǎo)體層接下來,參照?qǐng)D4 (C),在附連半導(dǎo)體層的基底襯底102的GaN基半導(dǎo)體層140的P型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145)上,以與實(shí)例I類似的方式,形成作為連接層60的一部分的、具有3 ii m厚度的Ni/Au電極層(p側(cè)歐姆電極層61)和Au-Sn焊料層(焊料層63)。還制備與實(shí)例I類似的Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)。在該Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)的主表面上,以與實(shí)例I類似的方式,形成作為連接層60的一部分的、具有I U m厚度的Ni/Pt/Au電極層(歐姆電極層67)和Au焊盤層(金屬焊盤層65)。隨后,以與實(shí)例I類似的方式,將附連半導(dǎo)體層的基底襯底102的GaN基半導(dǎo)體層140的p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145)上形成的Au-Sn焊料層(焊料層63)以及在Ge襯底(傳遞支撐襯底50)上形成的Au焊盤層(金屬焊盤層65)金屬結(jié)合,從而得到接合襯底主體103,在接合襯底主體103中,附連半導(dǎo)體層的基底襯底102的GaN基半導(dǎo)體層140和Ge襯底(傳遞支撐襯底50)彼此結(jié)合而連接層60置于其間。3.通過激光剝離去除基底襯底然后,參照?qǐng)D4 (D),從接合襯底主體103的藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)側(cè),應(yīng)用波長為355nm的THG (三次諧波振蕩)-NdiYAG (摻雜釹的釔鋁石榴石)激光束L,從而將n型GaN緩沖層120和藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)之間的界面部分熱分解并且沉淀Ga微滴,因此,藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)被剝離從而被去除。以此方式,得到附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底104,其中,GaN基半導(dǎo)體層140和Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)被彼此結(jié)合而連接層60置于其間。由此得到的附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底104的n型GaN緩沖層120的被暴露主表面是粗糙的,其具有40nm的RMP粗糙度。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。4.將附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底制作成器件和芯片
然后,參照?qǐng)D4 (E),在附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底104的n型GaN緩沖層120的頂表面的一部分上,每個(gè)芯片形成與實(shí)例I類似的一個(gè)Ni/Pt/Au電極(n側(cè)電極70n)。在附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底104的Ge襯底(轉(zhuǎn)移支撐襯底50)的整個(gè)頂表面上,形成與實(shí)例I類似的Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)。以此方式,得到LED,該LED是由附連半導(dǎo)體層的轉(zhuǎn)移支撐襯底104制作的半導(dǎo)體器件105。然后,以與實(shí)例I類似的方式,將半導(dǎo)體器件105劃分成100個(gè)尺寸為400iimX400iim的芯片。分別利用銀膏和引線將以芯片形式制作的100個(gè)半導(dǎo)體器件105
安裝在安裝襯底上。以與實(shí)例I類似的方式測(cè)得的漏電流為100 PA或更小的合格器件相對(duì)于以芯片形式制作的100個(gè)經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件105的比率,即良率,為75%。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。應(yīng)該注意,在實(shí)例I和比較例I中,使用Ge襯底作為轉(zhuǎn)移支撐襯底50。如果使用Si襯底替代Ge襯底作為轉(zhuǎn)移支撐襯底50,接合襯底主體3、103出現(xiàn)卷曲。這被認(rèn)為是由于以下原因造成的。Ge襯底具有6.1 X IO-6oC 1的熱膨脹系數(shù),其充分接近GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X 10_6°C _0。相比之下,Si襯底具有4.2 X IO-6oC 1的熱膨脹系數(shù),其沒有充分接近Ga的熱膨脹系數(shù)。因此,雖然難以使用激光剝離來去除接合襯底主體103的基底襯底100,但是可以通過溶解支撐襯底10將其去除。實(shí)例21.制備復(fù)合襯底參照?qǐng)D2 CA),以如下方法,以與實(shí)例I類似的方式制備復(fù)合襯底1,在復(fù)合襯底I中,GaN層21結(jié)合到Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)上而SiO2層(接合層30)置于其間,不同之處在于,所使用的支撐襯底10是具有4英寸的直徑、600的厚度并且Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底。應(yīng)該注意,被用于制備復(fù)合襯底I的Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)具有5.5X 10_6°C ―1的熱膨脹系數(shù),其充分接近GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X lO+CT1)。另外,復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)具有被拋光的主表面,該主表面具有5nm或更小的RMS粗糙度,并且支撐襯底的充填率為98體積%或更大(其孔隙率為2體積%或更小)。2.生長GaN基半導(dǎo)體層接下來,參照?qǐng)D2(B),在復(fù)合襯底I的GaN層21上,以與實(shí)例I類似的方式,連續(xù)生長n型GaN層(n型半導(dǎo)體層41 )、InGaN多量子阱有源層(有源層43)和p型GaN接觸層(P型半導(dǎo)體層45),以得到附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2,其包括具有LED結(jié)構(gòu)以及5 y m整體厚度的GaN基半導(dǎo)體層40。因?yàn)锳l2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)、GaN層21和GaN基半導(dǎo)體層40具有各自的基本上彼此相等或充分接近的熱膨脹系數(shù),所以附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2沒有出現(xiàn)卷曲和裂縫。3.將附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底制作成器件和芯片接下來,參照?qǐng)D2(C),在附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2的GaN基半導(dǎo)體層40的p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層45)的整個(gè)頂表面上,通過真空沉積方法,形成Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)。此外,通過ICP-1RE (電感耦合型等離子體-反應(yīng)離子蝕刻)方法,對(duì)Ni/Au電極(P側(cè)電極70p)的一部分以及p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層45)的一部分和GaN基半導(dǎo)體層40的InGaN多量子阱有源層(有源層43)進(jìn)行臺(tái)階蝕刻,以暴露GaN基半導(dǎo)體層40的n型GaN層(n型半導(dǎo)體層41)的一部分。在被暴露的部分上,通過真空沉積方法,形成Ti/Al電極(n側(cè)電極70n)。以此方式,得到LED,該LED是由附連半導(dǎo)體層的復(fù)合襯底2制作的半導(dǎo)體器件5。然后,通過劃線及折斷方法,將半導(dǎo)體器件5劃分成100個(gè)尺寸為400 umX400um的芯片。Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)每個(gè)均被由Au焊盤形成的保護(hù)電極覆蓋。4.安裝半導(dǎo)體器件接下來,參照?qǐng)D2(D),在以芯片形式制作的半導(dǎo)體器件5的Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)中的每一個(gè)上,通過球形焊接器,形成Au球形凸塊(凸塊90)。然后,使用超聲接合方法將半導(dǎo)體器件5的Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和安裝襯底80的p側(cè)導(dǎo)電部分87p電連接,并且將半導(dǎo)體器件5的Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)和安裝襯底80的n側(cè)導(dǎo)電部分87n電連接而上述凸塊90置于其間,從而得到被安裝在安裝襯底80上的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6。5.通過溶解支撐襯底將其去除接下來,參照?qǐng)D2 CE),用硅樹脂的底部涂層保護(hù)安裝在安裝襯底80上的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6的電極接合部分(p側(cè)電極70p、n側(cè)電極70n、p側(cè)導(dǎo)電部分87p、n側(cè)導(dǎo)電部分87n和凸塊90)及其周圍,此后將經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6浸沒在20質(zhì)量%的氫氟酸水溶液中,以溶解并去除Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)和SiO2層(接合層30)。因此,得到經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7。通過從經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件6上去除Al2O3: SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底(支撐襯底10)和SiO2層(接合層30)而得到的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7的GaN層21的被暴露主表面極其平坦,其具有0.40nm的RMS粗糙度。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。以與實(shí)例I類似的方式測(cè)得的漏電流為100 U A或更小的合格器件相對(duì)于分別安裝在安裝襯底80上的100個(gè)經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7的比率,即良率,為97%。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。實(shí)例2使用Al2O3 = SiO2是0.64:0.36的復(fù)合氧化物襯底作為支撐襯底10。以與實(shí)例2類似的方式制作經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件7,在半導(dǎo)體器件7中,作為半導(dǎo)體器件5的LED被安裝在安裝襯底80上,不同之處在于,使用具有4英寸直徑且600 y m厚度的Mo襯底作為支撐襯底10,并且使用30質(zhì)量%的硝酸水溶液作為用于溶解支撐襯底10的溶劑。在這種情況下,得到與實(shí)例2類似的結(jié)果。Mo襯底(支撐襯底10)具有6.0X 10_6°C 1的熱膨脹系數(shù),其基本上等于GaN的熱膨脹系數(shù)(6.0X 10_6°C _0。該Mo襯底(支撐襯底10)具有被拋光的主表面,該主表面具有5nm或更小的RMS粗糙度,并且支撐襯底10的充填率為99體積%或更大(其孔隙率為I體積%或更小)。比較例21.在藍(lán)寶石襯底上生長GaN基半導(dǎo)體層參照?qǐng)D5 (A),制備具有4英寸的直徑和600 iim的厚度并且以(0001)面作為主表面的藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)。該藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)具有5nm或更小的主表面粗糙度。然后,參照?qǐng)D5(B),在藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)上,應(yīng)用MOVPE方法,以連續(xù)生長n型GaN緩沖層120、n型GaN層(n型半導(dǎo)體層141)、InGaN多量子阱有源層(有源層143)和p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145),以得到附連半導(dǎo)體層的基底襯底102,其包括具有LED結(jié)構(gòu)和5 U m整體厚度的GaN基半導(dǎo)體層140。對(duì)于附連半導(dǎo)體層的基底襯底102,由于藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)、n型GaN緩沖層120和GaN基半導(dǎo)體層140之間存在熱膨脹系數(shù)差別,導(dǎo)致出現(xiàn)卷曲。2.將附連半導(dǎo)體層的基底襯底制作成器件和芯片然后,參照?qǐng)D5 (C),在附連半導(dǎo)體層的基底襯底102的GaN基半導(dǎo)體層140的p型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145)的整個(gè)頂表面上,應(yīng)用真空沉積方法以形成Ni/Au電極(P側(cè)電極70p)。此外,以與實(shí)例2類似的方式,對(duì)Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)的一部分以及P型GaN接觸層(p型半導(dǎo)體層145)的一部分和GaN基半導(dǎo)體層140的InGaN多量子阱有源層(有源層143)進(jìn)行臺(tái)階蝕刻,以暴露GaN基半導(dǎo)體層140的n型GaN層(n型半導(dǎo)體層141)的一部分。在被暴露的部分上,通過真空沉積方法,形成Ti/Al電極(n側(cè)電極70n)。以此方式,得到LED,該LED是由附連半導(dǎo)體層的基底襯底102制作的半導(dǎo)體器件105。然后,以與實(shí)例2類似的方式,將半導(dǎo)體器件105劃分成100個(gè)尺寸為400iimX400iim的芯片。以與實(shí)例2類似的方式,Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)每個(gè)均被由Au焊盤形成的保護(hù)電極覆蓋。3.安裝半導(dǎo)體器件然后,參照?qǐng)D5(D),在以芯片形式制作的半導(dǎo)體器件105的Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)中的每一個(gè)上,以與實(shí)例2類似的方式,形成凸塊90。隨后,以與實(shí)例2類似的方式,將半導(dǎo)體器件105的Ni/Au電極(p側(cè)電極70p)和安裝襯底80的p側(cè)導(dǎo)電部分87p彼此電連接,并且將半導(dǎo)體器件105的Ti/Au電極(n側(cè)電極70n)和安裝襯底80的n側(cè)導(dǎo)電部分87n彼此電連接,而上述凸塊90置于其間,從而得到被安裝在安裝襯底80上的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件106。4.通過激光剝離去除基底襯底然后,參照?qǐng)D5 (E),從經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件106的藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)側(cè),應(yīng)用波長為355nm的THG (三次諧波振蕩)-NdiYAG (摻雜釹的釔鋁石榴石)激光束L,從而將n型GaN緩沖層120和藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)之間的界面部分熱分解并且沉淀Ga微滴,因此,藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)被剝離從而被去除。以此方式,得到經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件107。通過去除經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件106的藍(lán)寶石襯底(基底襯底100)而得到的經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件107的n型GaN緩沖層120的被暴露主表面是粗糙的,其具有40nm的RMP粗糙度。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。以與實(shí)例I類似的方式測(cè)得的漏電流為100 或更小的合格器件相對(duì)于以芯片形式制作的100個(gè)經(jīng)安裝的半導(dǎo)體器件107的比率,即良率,為60%。這些結(jié)果被總結(jié)在表I中。表I
權(quán)利要求
1.一種制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,所述方法包括以下步驟: 使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底(I ),所述復(fù)合襯底(I)包括:支撐襯底(10),所述支撐襯底(10)具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù);和GaN層(21 ),所述GaN層(21)結(jié)合到所述支撐襯底(10); 在所述復(fù)合襯底(I)的所述GaN層(21)上,生長至少一個(gè)GaN基半導(dǎo)體層(40);以及 通過溶解所述支撐襯底(10 ),去除所述復(fù)合襯底(I)的所述支撐襯底(10 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,進(jìn)一步包括以下步驟: 在生長所述GaN基半導(dǎo)體層(40)的所述步驟之后并且在通過溶解所述支撐襯底(10)來去除所述支撐襯底(10)的所述步驟之前,將轉(zhuǎn)移支撐襯底(50)結(jié)合到所述GaN基半導(dǎo)體層(40);以及 在通過溶解所述支撐襯底(10)去除所述支撐襯底(10)的所述步驟之后,將所述轉(zhuǎn)移支撐襯底(50)和所述GaN基半導(dǎo)體層(40)制作成器件和芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,進(jìn)一步包括以下步驟: 在生長所述GaN基半導(dǎo)體層(40)的所述步驟之后并且在通過溶解所述支撐襯底(10)來去除所述支撐襯底(10)的所述步驟之前,將生長在所述復(fù)合襯底(I)上的所述GaN基半導(dǎo)體層(40 )制作成器件和芯片;以及將被制作成器件和芯片的所述GaN基半導(dǎo)體層(40 )安裝在安裝襯底(80)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的制造GaN基半導(dǎo)體器件的方法,其中,所述支撐襯底(10 )包括從由鑰以及氧化鋁和氧化硅的復(fù)合氧化物組成的組中選擇的至少一種。
全文摘要
一種用于GaN基半導(dǎo)體器件(5)的制造方法包括以下步驟使用離子注入分離方法制備復(fù)合襯底(1),其包括支撐襯底(10),其具有相對(duì)于GaN的熱膨脹系數(shù)的比率不小于0.8且不大于1.2的熱膨脹系數(shù);和GaN層(21),其結(jié)合到支撐襯底(10);在復(fù)合襯底(1)中的GaN層(21)上,生長至少單層GaN基半導(dǎo)體層(40);以及通過溶解支撐襯底(10)去除復(fù)合襯底(1)的支撐襯底(10)。因此,提供了一種用于GaN基半導(dǎo)體器件的制造方法,其使得能夠以高良率制造具有優(yōu)良特性的GaN基半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L33/32GK103140946SQ201280002986
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者松原秀樹, 石原邦亮 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社