氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵基半導(dǎo)體材料是制備應(yīng)用于半導(dǎo)體照明和顯示器背光領(lǐng)域的發(fā)光器件的核心基礎(chǔ)材料。由于缺少同質(zhì)體單晶材料，GaN基材料的器件應(yīng)用通常在異質(zhì)襯底上進(jìn)行，最常用的是藍(lán)寶石(Al2O3)襯底，由于藍(lán)寶石襯底不導(dǎo)電、硬度大、價(jià)格較高，且在藍(lán)寶石上成長GaN的晶格不批配高達(dá)13.6%，容易造成晶格缺陷，使得成長后發(fā)光器件的發(fā)光效率降低。碳化硅(SiC)襯底相比藍(lán)寶石與氮化鎵有更好的晶格匹配關(guān)系，但其價(jià)格昂貴，且其上的GaN基發(fā)光器件工藝為個(gè)別大公司掌握，因此較難廣泛商業(yè)化推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底及其制作方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其包含:一基板;一晶格緩沖層，形成于基板上，其由類鉆石薄膜(Diamond-Like Carbon，簡(jiǎn)稱DLC)構(gòu)成;一晶格轉(zhuǎn)換層，形成于晶格緩沖層之上，其晶格系數(shù)介于GaN與類鉆石薄膜之間。
[0005]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述基板選用石英玻璃;所述晶格緩沖層的厚度為卜lOOOOnm，其材料選自S1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC;所述晶格轉(zhuǎn)換層的材料為氮化物，可選自氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化鎵銦、氮化銦或氮化鋁鎵銦，其厚度為10~10000nmo
[0006]在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述基板選用金屬基板，可選自碳化鎢基板、鎢基板、碳化硅或鋼材基板;在金屬基板與DLC晶格緩沖層之間設(shè)置一子種子層，其材料選自鉻、鈦或鎳所述晶格緩沖層和晶格轉(zhuǎn)換層參考前一優(yōu)選實(shí)施例。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的制作方法，其包括如下步驟:提供一基板;在所述基板上形成一類鉆石薄膜，作為晶格緩沖層;在所述晶格緩沖層上形成一晶格轉(zhuǎn)換層，其晶格系數(shù)介于GaN與類鉆石薄膜之間，構(gòu)成復(fù)合成氮化鎵生長基板。
[0008]在本明發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述類鉆石薄膜通過磁控派鍍法(magneticallysputtering method)、離子蒸鍍法(1n plating method)、電弧離子蒸鍍法(arc 1nplating)，或電楽輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemical vapor deposit1n)形成于石英玻璃上。所述晶格緩沖層的厚度為I?lOOOOnm，其材料選自S1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC。所述晶格轉(zhuǎn)換層的厚度為10?lOOOOnm，其材料為氮化物，可選用氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化鎵銦、氮化銦或氮化鋁鎵銦。
[0009]本發(fā)明使用類鉆石膜作為晶格緩沖層，氮化物(如氮化鋁)作為晶格轉(zhuǎn)換層，將石英玻璃或金屬基板等普通便宜基板變成可供氮化鎵成長的生長襯底，克服了石英玻璃或金屬基板用于生長氮化鎵基半導(dǎo)體材料存在的晶格不匹配及熱失配等問題，從而降低了現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的成本，同時(shí)提高了其后續(xù)生長的氮化鎵基半導(dǎo)體材料的質(zhì)量。
[0010]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0011]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0012]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中各標(biāo)號(hào)為:
100:石英玻璃;110，210:晶格緩沖層;120，220:晶格轉(zhuǎn)換層;130，230:GaN基材料層;200:金屬基板;240:種子層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0016]實(shí)施例一:
如圖1所示，GaN基材料層130外延生長于一種基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底上。該復(fù)合式生長襯底包括:石英玻璃100，作為復(fù)合式生長襯底的基底;類鉆石膜層110形成于在石英玻璃上以作為晶格緩沖層，其材料可為S1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC，厚度為I?1000nm;晶格轉(zhuǎn)換層120形成于晶格緩沖層110上。晶格轉(zhuǎn)換層的晶格系數(shù)介于GaN與類鉆石薄膜之間，其與氮化鎵基半導(dǎo)體材料匹配，可采用氮化物(如氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化鎵銦、氮化銦或氮化鋁鎵銦)，在本實(shí)施例中，采用氮化鋁(AlN)，厚度為 I CKlOOOOnm。
[0017]前述基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的制備方法，步驟如下:
首先，提供一石英玻璃100。
[0018]下一步，在所述石英玻璃上形成一類鉆石薄膜，作為晶格緩沖層110?？刹捎么趴嘏涉湻?magnetically sputtering method)、離子蒸鏈法(1n plating method)、電弧離子蒸鍍法(arc 1n plating)，或電楽輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemicalvapor deposit1n)等方法。
[0019]下一步，在所述晶格緩沖層120上生長一層A1N，作為晶格轉(zhuǎn)換層130，構(gòu)成復(fù)合成氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底。
[0020]在本實(shí)施例中，采用具有高硬度、高彈性模量、低摩擦因數(shù)、耐磨損以及良好的真空摩擦學(xué)特性的石英玻璃作為基底，在其上蒸鍍一層散熱性極佳的類鉆石膜(DLC)，當(dāng)作晶格緩沖層(crystal buffer layer)，解決了熱失配問題的同時(shí)，增加了石英玻璃的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與硬度，再鍍上一層A1N，當(dāng)作晶格轉(zhuǎn)換層(crystal translat1n layer)，減少晶格不匹配所造成應(yīng)力的影響，使得外延片生長基臺(tái)MOCVD能在價(jià)格低廉的石英玻璃上生長GaN材質(zhì)，大大地降低了生長襯底的成本。另外，在材料應(yīng)變(strain)方面，DLC層為可逆的彈性變形，其與AlN組合，界面應(yīng)力很小，有效改善復(fù)合襯底上生長的GaN基材料的質(zhì)量。
[0021]實(shí)施例二:
與實(shí)施例一的不同之處主要在于本實(shí)施例采用金屬基板作為復(fù)合式生長襯底的基底，在金屬基板200與晶格緩沖層210之間，增加一層種子層240，其作用為磊晶基底之用，使GaN基材料能藉由此種子層順利成長上去。
[0022]如圖2所示，GaN基材料層230外延生長于一種基于金屬基板的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底。該復(fù)合式生長襯底其包括:金屬基板200，種子層240，由類鉆石薄膜構(gòu)成的晶格緩沖層210，晶格轉(zhuǎn)換層220。
[0023]金屬基板200的熔點(diǎn)最好高于1000°C，可選用碳化鎢基板、鎢基板、碳化硅或鋼材基板。種子層240位于金屬基板上，其材料可選用鉻、鈦或鎳。晶絡(luò)緩沖層210位于種子層240上，材料選自S1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC。晶格轉(zhuǎn)換層220位于晶格緩沖層210上，其材料為A1N。
[0024]前述基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底可通過下面步驟制備。
[0025]首先，提供一鋼材基板200。
[0026]下一步，在鋼材基板200上蒸鍍一層鉻作為種子層240。
[0027]下一步，在種子層上形成一類鉆石薄膜，作為晶格緩沖層210?？刹捎么趴貫R鍍法(magnetically sputtering method)、離子蒸鏈法(1n plating method)、電弧離子蒸鏈法(arc 1n plating)，或電楽輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemical vapordeposit 1n)等方法。
[0028]下一步，在所述晶格緩沖層220上生長一層A1N，作為晶格轉(zhuǎn)換層230，構(gòu)成復(fù)合成氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底。
[0029]上面的實(shí)施例中對(duì)各層材料做了列舉，應(yīng)注意的是，各層材料的選擇并不局限此，只要是符合該層特性的材料都應(yīng)是可用于實(shí)施本發(fā)明。
[0030]以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其包含: 一金屬基板； 一晶格緩沖層，形成于所述金屬基板上，其由類鉆石薄膜構(gòu)成； 一晶格轉(zhuǎn)換層，形成于晶格緩沖層，其晶格系數(shù)介于GaN與類鉆石薄膜之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:所述金屬基板選自碳化鎢基板、鎢基板、碳化硅或鋼材基板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:還包括一種子層，其介于基板與晶格緩沖層之間。4.根據(jù)權(quán)利要求所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:所述種子層的材料選自鉻、鈦或鎳。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:所述晶格緩沖層的材料選自S 1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:所述晶格轉(zhuǎn)換層的材料為氮化物。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其特征在于:所述晶格轉(zhuǎn)換層的材料選自氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化鎵銦、氮化銦或氮化鋁鎵銦。8.氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的制作方法，其包括如下步驟: 提供一金屬基板； 在所述金屬基板上形成一類鉆石薄膜，作為晶格緩沖層； 在所述晶格緩沖層上形成一晶格轉(zhuǎn)換層，其晶格系數(shù)介于GaN與類鉆石薄膜之間，構(gòu)成氮化鎵基生長基板。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的制作方法，其特征在于:所述類鉆石薄膜通過磁控濺鍍法、離子蒸鍍法、電弧離子蒸鍍法，或電漿輔助化學(xué)氣相沉積法形成于金屬基板上。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的制作方法，其特征在于:先在所述金屬基板上形成一種子層，再在所述種子層上形成晶格緩沖層的材料選自選自S1-DLC膜、C-DLC膜、N1-DLC或碳化鈦-DLC。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底，其包括：基板；晶格緩沖層，形成于石英玻璃上，其由類鉆石薄膜(Diamond-LikeCarbon，簡(jiǎn)稱DLC)構(gòu)成；晶格轉(zhuǎn)換層，形成于晶格緩沖層，其為多晶結(jié)構(gòu)，晶格系數(shù)介于GaN與DCL之間。利用DCL與氮化物的組合，克服了石英玻璃或金屬基板等普通基板用于生長氮化鎵基半導(dǎo)體材料存在的晶格不匹配及熱失配等問題，從而降低了現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長襯底的成本，同時(shí)提高了其后續(xù)生長的氮化鎵基半導(dǎo)體材料的質(zhì)量。
【IPC分類】H01L33/00, H01L33/12
【公開號(hào)】CN105633234
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610122812
【發(fā)明人】莊家銘, 徐宸科, 黃惠葵, 范慧麗
【申請(qǐng)人】安徽三安光電有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2012年3月15日
【公告號(hào)】CN102593294A, WO2013135166A1