專利名稱：應(yīng)變材料層的晶格參數(shù)的調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)節(jié)應(yīng)變材料籽晶層的晶格參數(shù)的方法。具體地，該方法使半導(dǎo)體材料能夠針對(duì)電子、光電子或光伏應(yīng)用而外延生長(zhǎng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)基板不可用或者在自支承的塊狀形式下非常昂貴時(shí)，基板可以通過在籽晶基板上外延生長(zhǎng)而被獲得為較薄的層。然而，這些籽晶基板的特性并不總是與期望生長(zhǎng)的材料完美一致。例如，這些籽晶基板可以具有與期望生長(zhǎng)的材料不同的熱膨脹系數(shù)和晶格參數(shù)。 這可能導(dǎo)致外延生長(zhǎng)層(下面，稱作外延層)的壓縮應(yīng)變或拉伸應(yīng)變。要不就是在結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)期間或者在其被冷卻時(shí)可以發(fā)展出許多缺陷，如位錯(cuò)或裂縫，由此降低了隨后形成在這些層上的器件的功效。用于松弛這種應(yīng)變材料層的技術(shù)是已知的，尤其是通過在應(yīng)變層與支承基板之間引入低粘性層的技術(shù)。通過在達(dá)到該低粘性層的玻璃化溫度或高于該溫度時(shí)施加熱處理， 就可以使該應(yīng)變層松弛。然而，這些技術(shù)并沒有獲得完全令人滿意的結(jié)果，在彈性模式中， 應(yīng)變層并不總是松弛或完全松弛。由具有不同熱膨脹特性的層的堆疊而形成的結(jié)構(gòu)也可能劣化，并且要松弛的層可能與該結(jié)構(gòu)的其余部分剝離開。另外，當(dāng)材料受到壓縮應(yīng)變時(shí)，彈性松弛可能導(dǎo)致材料起皺，使得起皺層的峰與谷之間的粗糙度和幅度因而不能與期望的用途取得一致。當(dāng)材料受到拉伸應(yīng)變時(shí)，松弛通常產(chǎn)生破裂和更大的表面粗糙度。Krames等人的文獻(xiàn)US 2007/0072324描述了在無應(yīng)變籽晶層中形成溝槽以便形成材料的島狀物或帶狀物，隨后橫向地外延生長(zhǎng)具有不同晶格參數(shù)的材料，以釋放材料外延生長(zhǎng)層中的應(yīng)變。該文獻(xiàn)還提及了經(jīng)由低粘性層將初始應(yīng)變籽晶層轉(zhuǎn)移到支承基板上并接著施加熱處理以至少局部松弛的可能性。籽晶層的晶格參數(shù)由此接近其標(biāo)稱晶格參數(shù)。 隨后在籽晶層上的同質(zhì)外延生長(zhǎng)使得可以獲得在應(yīng)變方面比初始籽晶層的材料小的材料。 該文獻(xiàn)還提議將籽晶層轉(zhuǎn)移到支承基板上，支承基板的熱膨脹系數(shù)在外延生長(zhǎng)溫度使籽晶層受到拉伸，使得籽晶層的晶格參數(shù)接近在該溫度下外延生長(zhǎng)的材料的晶格參數(shù)。文獻(xiàn)US 7348260和US 6794276也公開了類似的技術(shù)。然而，這些文獻(xiàn)沒有描述怎樣根據(jù)所期望的隨后應(yīng)用(尤其是針對(duì)外延生長(zhǎng)具有低缺陷密度的材料來說)使初始拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變的材料籽晶層的晶格參數(shù)適應(yīng)于顛倒應(yīng)力點(diǎn)并分別獲得壓縮應(yīng)變或拉伸應(yīng)變的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，并且更具體地，解決根據(jù)期望的應(yīng)用 (尤其是對(duì)于外延來說)調(diào)節(jié)籽晶層晶格參數(shù)的問題。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過以下連續(xù)步驟來實(shí)現(xiàn)a)提供一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有-應(yīng)變材料籽晶層，其具有晶格參數(shù)A、標(biāo)稱晶格參數(shù)An以及熱膨脹系數(shù)CTE，
-低粘性層，以及-中間基板，其具有熱膨脹系數(shù)CTE；b)施加熱處理，以使所述應(yīng)變材料籽晶層松弛；以及c)將所述籽晶層轉(zhuǎn)移到支承基板上，該支承基板具有熱膨脹系數(shù)CTE，所述中間基板和所述支承基板被選擇為使得A1 < An 并且 CTEl 彡 CTE3 并且 CTE5 > CTEl或者A1 > An 并且 CTEl 彡 CTE3 并且 CTE5 < CTEl。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，所述中間基板和所述支承基板被選擇為使得A1 < An 并且 CTE5 彡 CTE3或者 A1 > An 并且 CTE5 彡 CTE3。根據(jù)本發(fā)明的展開，在用于轉(zhuǎn)移所述籽晶層的步驟C)之后還包括步驟d)，該步驟 d)包括在所述籽晶層上外延生長(zhǎng)具有晶格參數(shù)A3的一個(gè)或更多個(gè)材料層，所述外延生長(zhǎng)在所述材料層的外延生長(zhǎng)溫度進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，根據(jù)所述中間基板和所述支承基板的相應(yīng)熱膨脹系數(shù)CTEl和CTE5來選擇所述中間基板和所述支承基板，使得在所述外延生長(zhǎng)溫度下，當(dāng) A1 < An時(shí)，所述晶格參數(shù)A3等于或大于An0根據(jù)本發(fā)明另一特定實(shí)施方式，根據(jù)所述中間基板和所述支承基板的相應(yīng)熱膨脹系數(shù)CTEl和CTE5來選擇所述中間基板和所述支承基板，使得在所述外延生長(zhǎng)溫度下，當(dāng)A1 > An時(shí)，所述晶格參數(shù)A3等于或小于An0特別有利的是，步驟b)中對(duì)所述籽晶層的松弛是完全的。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式，步驟b)中對(duì)所述籽晶層的松弛是橫向彈性變形。根據(jù)本發(fā)明一變型例，所述籽晶層被分割成材料島狀物或帶狀物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，所述材料島狀物或帶狀物是通過刻蝕或電磁照射所述籽晶層而形成的。特別有利的是，在所述低粘性層的至少一部分厚度中形成了在所述籽晶層的所述島狀物或帶狀物上對(duì)準(zhǔn)的特征。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述低粘性層由至少一種低粘性材料組成，具體地， 所述材料是包含介于3%與7%之間的硼(優(yōu)選為介于3%與5%之間的硼)的硼磷硅酸鹽玻璃。有利的是，在存在位于所述籽晶層的自由表面上的硬化層的情況下，執(zhí)行步驟b) 中的松弛。根據(jù)本發(fā)明的展開，根據(jù)以下連續(xù)步驟形成所述應(yīng)變材料籽晶層e)在成核(nucleating)基板上淀積所述應(yīng)變材料籽晶層；f)經(jīng)由所述低粘性層將所述籽晶層接合至所述中間基板；以及g)至少部分去除所述成核基板。特別有利的是，所述成核基板被部分地去除，并且所述硬化層至少部分由所述成核基板的殘留部分形成。
根據(jù)本發(fā)明，在步驟C)中轉(zhuǎn)移所述籽晶層包括-經(jīng)由粘接層將所述籽晶層粘接至所述支承基板；并且-通過機(jī)械薄化技術(shù)、電磁照射、沿弱化區(qū)破碎或化學(xué)刻蝕來去除所述中間基板。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定方面，所述籽晶層和所述外延層都包括III-NdII族氮化物)單晶材料。特別有利的是，所述籽晶層由極性物質(zhì)制成，并且在所述籽晶層的材料的III族元素或多個(gè)III族元素的一面上執(zhí)行步驟d)的外延生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)施方式-在步驟d)中生長(zhǎng)的外延層以及所述籽晶層由InGaN制成；并且-所述外延層的銦含量等于或高于所述籽晶層的銦含量，具體地，所述外延層的銦含量比所述籽晶層的銦含量高大約2%。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，所述中間基板是從硅、SiC、p_SiC以及石英中選擇的，并且所述支承基板由藍(lán)寶石制成。根據(jù)本發(fā)明的展開，所述外延層或多個(gè)所述外延層是一個(gè)或更多個(gè)有源層，具體地，所述外延層或多個(gè)所述外延層是用于激光器組件、光伏組件或者發(fā)光二極管的一個(gè)或更多個(gè)有源層。


通過以下參照附圖所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的及優(yōu)點(diǎn)將變得清楚， 在附圖中圖1例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的松弛籽晶層并且顛倒該籽晶增中的應(yīng)變的步驟及該步驟之后的外延生長(zhǎng)步驟；圖2例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的當(dāng)A1 < An時(shí)籽晶層的晶格參數(shù)隨著溫度的變化；圖3例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的當(dāng)A1 > An時(shí)籽晶層的晶格參數(shù)隨著溫度的變化；圖4和圖5例示了根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，籽晶層呈材料的島狀物或帶狀物；以及圖6例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的在存在硬化層的情況下用于制造籽晶層和用于松弛籽晶層的步驟。
具體實(shí)施例方式圖1示出了結(jié)構(gòu)10，該結(jié)構(gòu)10包括應(yīng)變材料籽晶層3、低粘性層2以及具有熱膨脹系數(shù)CTEl的中間基板1。該籽晶層3具有晶格參數(shù)A1、標(biāo)稱晶格參數(shù)An及熱膨脹系數(shù) CTE3。為了至少部分地松弛籽晶層3，施加如圖1的步驟b)所示熱處理。一旦結(jié)構(gòu)10的溫度返回至室溫，籽晶層3的晶格參數(shù)就為A2，這更接近于An。根據(jù)圖1的步驟c)，接著將層3轉(zhuǎn)移到具有熱膨脹系數(shù)CTE5的支承基板5上，中間基板1和支承基板5被選擇為滿足下面的不等式
A1 <An 且 CTEl 彡 CTE3 且 CTE5 >CTE1或者A1 > An 且 CTEl 彡 CTE3 且 CTE5 < CTEl。被提到的各個(gè)熱膨脹系數(shù)都表示在本發(fā)明的方法期間整個(gè)相關(guān)溫度范圍的平均值。這些系數(shù)之間的關(guān)系在本方法中始終有效。應(yīng)當(dāng)能夠想起，當(dāng)一材料的晶格參數(shù)大于或小于其在同一平面中的標(biāo)稱晶格參數(shù) (即，該材料自然狀態(tài)下的晶格參數(shù))時(shí)，該材料被認(rèn)為在與其所在的材料的分界面中分別受到拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變。特別有利的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于初始受到拉伸應(yīng)變的層(在這種情況下，A1大于An)，并且也可以應(yīng)用于初始受到壓縮應(yīng)變的層(即，A1小于An)。
還應(yīng)指出，術(shù)語“層”必須按該術(shù)語的廣義含義來理解，就是說，層可以連續(xù)的或不連續(xù)的。術(shù)語“低粘性層”被理解成表示非晶材料層，當(dāng)該材料被升高至超出其玻璃化溫度的溫度時(shí)變得流動(dòng)并且有粘性。優(yōu)選的是，低粘性層被用于本發(fā)明，即，玻璃化溫度十分低的層。例如，高粘性氧化物的玻璃化溫度大約為1000°c，甚至高于1200°C，而低粘性氧化物的玻璃化溫度處于600°C與1000°C之間。根據(jù)本發(fā)明的低粘性層2的非晶材料可以是摻雜有硼或摻雜有硼和磷的玻璃(如鋰基玻璃)或氧化物(如Si02)，以形成硼硅酸鹽玻璃(BSG)或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。硼的比例決定了氧化物的玻璃化溫度，因此可以固定氧化物的成分，以便使其在期望溫度下有粘性。例如，含有4. 5%的硼的BPSG層的玻璃化溫度大約為650°C。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，將籽晶層3轉(zhuǎn)移到支承基板5上的步驟可以包括在層3和/或支承基板5上預(yù)先淀積粘接層4。然后，使層3和基板5經(jīng)由粘接層4發(fā)生接觸，并接著利用已知技術(shù)(如機(jī)械薄化、化學(xué)刻蝕、電磁照射或沿弱化區(qū)破裂(例如根據(jù) SmartCut技術(shù)通過植入離子種類))來去除中間基板1。優(yōu)選地將粘接層4選擇成由在使用這樣形成的結(jié)構(gòu)11期間達(dá)到的溫度下不流動(dòng)的材料制成。在外延生長(zhǎng)情況下，層4典型地包括二氧化硅Si02。有利的是，本發(fā)明提議按照以下方式選擇中間基板1和支承基板5的材料系數(shù) CTEl和CTE5根據(jù)期望的隨后用途合理地影響籽晶層3的初始晶格參數(shù)A1的變化。已知的是，如結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)(其包括厚度小于100微米的層，該層被粘接至具有更大厚度的基板)的熱膨脹受基板的熱膨脹系數(shù)的控制。因此，可以調(diào)節(jié)被粘接至基板1 或5的籽晶層3的晶格參數(shù)，而不會(huì)使該材料作為該基板的溫度和熱膨脹系數(shù)的函數(shù)而劣化。在圖2中，示出了在根據(jù)本發(fā)明方法的各種步驟中籽晶層3的晶格參數(shù)的變化的示例。線Dp Dn及D5分別表示作為具有熱膨脹系數(shù)CTE1、CTE3及CTE5的松弛材料的晶格參數(shù)的溫度的函數(shù)的變化。在室溫下，籽晶層3的晶格參數(shù)A1小于其標(biāo)稱晶格參數(shù)An(該材料被壓縮)。在施加步驟b)的熱處理期間，晶格參數(shù)根據(jù)籽晶層3所粘接至的中間基板1的膨脹而改變。 參數(shù)的變化以與線D1相同的斜率示出。當(dāng)熱處理溫度高得足夠松弛籽晶層3時(shí)，層3的晶格參數(shù)至少部分地松弛并且可以達(dá)到其標(biāo)稱晶格參數(shù)An，如圖2所示。在該溫度下，層3與基板1分離并且不再受到基板1的熱膨脹的影響。隨著結(jié)構(gòu)10的冷卻，當(dāng)溫度下降到層2的流動(dòng)溫度以下時(shí)，籽晶層3再次接合至中間基板1。層3的晶格參數(shù)受到中間基板1的根據(jù)其熱膨脹系數(shù)CTEl的收縮的影響。線 D1示出了晶格參數(shù)的作為溫度函數(shù)的變化。因?yàn)橄禂?shù)CTEl低于系數(shù)CTE3，所以線Dn的斜率大于線D1的斜率。因而，層3的晶格參數(shù)達(dá)到值A(chǔ)2，該值大于室溫下的標(biāo)稱晶格參數(shù)An。接著，在圖1所示步驟c)中，將層3轉(zhuǎn)移到支承基板5上以形成結(jié)構(gòu)11?；? 的系數(shù)CTE5確實(shí)地大于系數(shù)CTEl。向結(jié)構(gòu)11應(yīng)用熱處理導(dǎo)致了籽晶層3的晶格參數(shù)的線D5的變化，線D5示出了材料按系數(shù)CTE5的膨脹。因?yàn)镈5的斜率大于D1的斜率，所以籽晶層3的晶格參數(shù)因而可以大于A1，這與被施加于結(jié)構(gòu)11的溫度無關(guān)。當(dāng)滿足CTE5 ^ CTE3的關(guān)系時(shí)，籽晶層3的晶格參數(shù)因而可以大于標(biāo)稱晶格參數(shù) A1，這與被施加于結(jié)構(gòu)11的溫度無關(guān)。因而，分別選擇中間基板1和支承基板5的系數(shù)CTEl和CTE5可以調(diào)節(jié)籽晶層3 的晶格參數(shù)，因此初始?jí)嚎s應(yīng)變的材料可以進(jìn)入拉伸狀態(tài)。相反，圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)晶格參數(shù)A1初始大于參數(shù)An時(shí)(S卩，當(dāng)籽晶層 3處于拉伸狀態(tài)時(shí))的方法的示例。粘接至中間基板1的籽晶層3的晶格參數(shù)首先隨著線D1的斜率而改變。在層3的松弛溫度下，材料可以至少部分地松弛并且達(dá)到其標(biāo)稱晶格參數(shù)An。因?yàn)橄禂?shù)CTEl高于籽晶層3的系數(shù)CTE3，所以當(dāng)返回至室溫時(shí)，該層3的晶格參數(shù)A2可以小于A1 *An。將籽晶層3轉(zhuǎn)移到支承基板5 (該基板5的系數(shù)CTE5確實(shí)地低于系數(shù)CTE1)上，因而使得可以獲得籽晶層3的小于A1的晶格參數(shù)，這與所施加的溫度無關(guān)。有利的是，當(dāng)滿足不等式/等式CTE5 ( CTE3時(shí)，針對(duì)任何施加的溫度，籽晶層3 的晶格參數(shù)可以小于標(biāo)稱晶格參數(shù)An。由此可以根據(jù)本發(fā)明方法來顛倒層3材料的初始應(yīng)變，即，從初始拉伸應(yīng)變的籽晶層3得到壓縮應(yīng)變的籽晶層3。由于所提及的各個(gè)熱膨脹系數(shù)都表示平均值，因此關(guān)聯(lián)的晶格參數(shù)的變化在上述的溫度范圍內(nèi)線性地改變，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定展開，根據(jù)本發(fā)明方法的步驟d)，接著在結(jié)構(gòu)11的籽晶層 3上外延生長(zhǎng)層6，如圖1所示。接著可以根據(jù)中間基板1的材料和支承基板5的材料的膨脹系數(shù)CTEl和CTE5來選擇中間基板1的材料和支承基板5的材料，使得通過應(yīng)用本發(fā)明的方法，在外延生長(zhǎng)溫度Te得到的層3的晶格參數(shù)A3與外延層6的晶格參數(shù)一致。因此不容易以體狀形式得到和/或不存在具有相似晶格參數(shù)的籽晶基板的材料可以在具有以初始應(yīng)變形式獲得的相同材料的籽晶層3上同質(zhì)外延地生長(zhǎng)。外延層6的晶體質(zhì)量(諸如缺陷密度和尺寸)由此最優(yōu)化。層6的材料還可以在層3上異質(zhì)外延生長(zhǎng)，其中層3的初始應(yīng)變被顛倒以便得到與層6相似的晶格參數(shù)。例如，將初始受到壓縮的GaN籽晶層3轉(zhuǎn)移到硅基板上(硅基板的熱膨脹系數(shù)低于GaN的熱膨脹系數(shù))以制備結(jié)構(gòu)10。松弛熱處理導(dǎo)致GaN層3處于拉伸狀態(tài)。將籽晶層3轉(zhuǎn)移到具有熱膨脹系數(shù)高于GaN的熱膨脹系數(shù)的藍(lán)寶石支承基板5上， 使其可以增加籽晶層3中的拉伸并且達(dá)到晶格參數(shù)A3,晶格參數(shù)A3與InGaN層6在其外延生長(zhǎng)溫度T6下的晶格參數(shù)相似。
為了籽晶層3的晶格參數(shù)的最優(yōu)化效果，施加松弛熱處理，以完全松弛層3中的應(yīng)變。優(yōu)選的是，所述熱處理是通過在加熱器中將整個(gè)結(jié)構(gòu)10加熱以使得構(gòu)成結(jié)構(gòu)10的所有層受到均勻加熱而得到的。然而，在低粘性層2上施加局部熱處理也是可想到的。優(yōu)選的是，在允許主要是橫向彈性變形的條件下執(zhí)行松弛。層3的表面由此保持平面，使得能夠很好地粘接至支承基板5。這些條件可以包括在層3的表面上使用硬化層13。硬化層13的材料因而必須具有適于保證上述溫度下的足夠剛性的熱機(jī)械特性和厚度。根據(jù)硬化層13的材料的應(yīng)變和晶格參數(shù)，硬化層13可以局部地阻止層3的松弛。接著可以在導(dǎo)致局部松弛的熱處理之后去除硬化層13，以執(zhí)行補(bǔ)充松弛熱處理。在所有情況下，出于在本方法的步驟c)中將層3 轉(zhuǎn)移到支承基板5上的目的而去除了硬化層13。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以將籽晶層3切割成如圖4所示的材料的島狀物。這些島狀物使得可以限制由于起皺現(xiàn)象或裂縫的形成而導(dǎo)致的松弛，并同時(shí)仍促進(jìn)橫向松弛。 這些島狀物可以具有任何形狀和任何尺寸。這些島狀物可以是條形或者細(xì)長(zhǎng)的平行六面體形式的材料島狀物。由于與制造相關(guān)的實(shí)際原因而優(yōu)選正方形的島狀物，它們的尺寸可以根據(jù)材料的初始應(yīng)變而改變，例如從100微米X 100微米至3mmX3mm。這些島狀物可以通過利用輻射源進(jìn)行電磁照射來形成，電磁照射的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于材料的吸收特性。例如，使用激光在III-N型氮化物材料中形成島狀物，更具體地說，波長(zhǎng)小于400nm的激光被用于刻蝕溝槽以形成GaN島狀物。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，這些島狀物還可以通過施加掩模并進(jìn)行刻蝕來形成，。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型例，在低粘性層2的至少一部分厚度中形成對(duì)準(zhǔn)在籽晶層 3的島狀物上的特征以促進(jìn)應(yīng)變材料的松弛。根據(jù)該情況，正好貫穿低粘性層2的厚度生成這些特征以得到分離的島狀物，如圖5所示。優(yōu)選的是，由層2所形成的島狀物的尺寸與籽晶層3的島狀物的尺寸相同。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，還在層3的島狀物上將硬化層13切割成島狀物形式以使松弛最優(yōu)化。本發(fā)明還涉及制造基板10的方法。如圖6所示，例如通過外延而在塊狀成核基板 12或由支承物(未示出)上一層組成的基板上淀積籽晶層3。層3的材料的晶格參數(shù)不同于其上外延生長(zhǎng)了層3的基板12的材料的晶格參數(shù)?？梢岳弥T如MOCVD (有機(jī)金屬氣相外延)或MBE(分子束外延)的已知方法來執(zhí)行外延，并接著得到具有應(yīng)變單晶或多晶材料的層3。層3的厚度優(yōu)選地被限制，以防止累積的應(yīng)變導(dǎo)致削弱材料結(jié)晶質(zhì)量的任何塑性變形。根據(jù)所涉及的材料的性質(zhì)，厚度可以在50nm與2微米之間變化，這不會(huì)在生長(zhǎng)期間產(chǎn)生位錯(cuò)或裂縫類型的缺陷。參照?qǐng)D6所示方法中的步驟f)，例如通過直接晶片鍵合(又被稱為分子黏附)，中間基板1經(jīng)由預(yù)先形成的低粘性層2接合至層3。層2通常具有從0. 1微米至5微米的厚度。在圖6所示的步驟g)中，例如通過機(jī)械或化學(xué)薄化或者通過在與層3的界面處進(jìn)行電磁照射，至少局部地從層3去除成核基板12。當(dāng)已經(jīng)完全去除基板12時(shí)，可以直接在層3的露出表面上淀積期望厚度的硬化層13。當(dāng)部分去除成核基板12時(shí)，成核基板12的殘留部分可以形成硬化層13的至少一部分。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定方面，籽晶層3由III-N制成，并且優(yōu)選地由單晶材料制成，材料包括III族元素和氮的二元合金、三元合金以及四元合金。當(dāng)把具有III-N材料的層3形成在成核基板12上時(shí)，優(yōu)選地具有III族極性的露出面。根據(jù)本發(fā)明的籽晶層3的雙重轉(zhuǎn)移(從成核基板12轉(zhuǎn)移到中間基板1上并接著轉(zhuǎn)移到支承基板5上)有利地使得可以得到III族極性的露出面，該III族極性的露出面已知比用于III-N極性材料層6外延的N面更有利。優(yōu)選的是，III-N材料是具有介于3%與35%之間的銦含量的單晶InGaN。更優(yōu)選的是，InGaN具有介于5%與10%之間的銦含量。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)特定實(shí)施方式，選擇低粘性層2的材料，使得松弛熱處理可以在 750°C與1050°C之間并且優(yōu)選地在850°C與950°C之間執(zhí)行。低粘性層2例如由硼磷硅酸鹽玻璃制成，其硼氧化物含量?jī)?yōu)選地介于3%與7%之間，并且更優(yōu)選地介于3%與5%之間。中間基板1優(yōu)選地從硅、SiC, p-SiC, InP, InAs及石英中選擇，這些材料的熱膨脹系數(shù)CTEl大約為5. 6 X ΙΟ"6. K-1，低于III-N材料的系數(shù)CTE3。支承基板5例如由藍(lán)寶石、 GaAs或鍺制成，其膨脹系數(shù)CTE5高于系數(shù)CTE3。這允許籽晶層3在用于松弛層6的外延生長(zhǎng)的溫度T6下達(dá)到大于其標(biāo)稱參數(shù)An的晶格參數(shù)A3。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方式，籽晶層3的材料和外延層6的材料均為單晶 InGaN。優(yōu)選的是，層6的銦含量大于籽晶層3的銦含量，根據(jù)本發(fā)明方法使層3應(yīng)變使得能夠?qū)崿F(xiàn)在外延生長(zhǎng)溫度Te下與層6的晶格參數(shù)相似的晶格參數(shù)A3。例如，具有介于3%與5%之間的銦含量的InGaN層3可以使得能夠在外延生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)包含具有比籽晶層3多2%的銦含量的松弛InGaN層6。因?yàn)閷?被松弛，所以層 6的厚度不是關(guān)鍵性的，其可以介于IOOnm與2微米之間。層6因而具有能夠被用作用于激光器或光伏組件或者用于發(fā)光二極管的一個(gè)或更多個(gè)有源層所必需的結(jié)晶特性。下面將描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式作為例子。參照?qǐng)D6，在具有3微米的厚度的氮化鎵GaN緩沖層的藍(lán)寶石成核基板12上以外延生長(zhǎng)的方式淀積包含6%銦且具有 IOOnm的厚度的銦鎵氮化物(InGaN)的層3。接著，以大約為500nm的厚度在InGaN層3上淀積由具有4. 5%硼含量的硼磷硅酸鹽玻璃制成的低粘性層2。以1微米的厚度在硅中間基板1上淀積硼磷硅酸鹽玻璃層2，接著在淀積在支承物 1上的硼磷硅酸鹽玻璃層的露出表面與淀積在^GaN層3上的硼磷硅酸鹽玻璃層的露出面發(fā)生緊密接觸之前，例如通過CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)將這兩個(gè)露出面拋光(該圖中未示出)。這樣形成的硼磷硅酸鹽玻璃低粘性層2因在拋光期間被去除了 500nm材料而具有大約1微米的厚度。接著，例如通過在基板5與GaN緩沖層之間的界面處進(jìn)行電磁照射來去除支承基板5。層3上的氮化鎵層的殘留部分具有大約150nm的厚度，該殘留部分將用作層3上的硬化層13，如圖6所示。參照?qǐng)D6中的步驟g)，得到了經(jīng)由低粘性層2轉(zhuǎn)移到中間基板1上的InGaN層3， 該InGaN層3被硬化層13覆蓋?？蛇x的是，通過標(biāo)準(zhǔn)光刻/刻蝕工序來刻蝕殘留部分13、應(yīng)變hGaN層3以及低粘性層2，以得到分別包括具有ImmX Imm的尺寸的硬化層13、應(yīng)變材料層3及低粘性層2的正方形島狀物。如圖1所示，向結(jié)構(gòu)10施加根據(jù)步驟b)的熱處理，以將低粘性層2加熱至超過其玻璃化溫度的溫度(例如，在850°C下熱處理4小時(shí))，從而獲得完全的橫向松弛，即，不起皺或不對(duì)InGaN層3材料的結(jié)晶質(zhì)量帶來任何其它劣化。當(dāng)溫度返回至室溫時(shí)，硅中間基板1擴(kuò)大了 InGaN層3，使InGaN層3達(dá)到大于標(biāo)稱參數(shù)An的晶格參數(shù)A2。硬化層13被去除以露出層3的由于被轉(zhuǎn)移到基板1上而造成的具有N極性的面。 可以執(zhí)行補(bǔ)充松弛熱處理，以便完全松弛層3。層3接著經(jīng)由Si02粘接層4粘接至藍(lán)寶石支承基板5，并且去除基板1以形成如圖1的步驟c)所示的結(jié)構(gòu)11。轉(zhuǎn)移到基板5上的 InGaN層3因而具有鎵極性的露出面。接著，為了外延生長(zhǎng)具有10%銦含量的InGaN層6，將結(jié)構(gòu)11加熱至900°C的溫度。該熱處理導(dǎo)致藍(lán)寶石基板5膨脹，由此使得籽晶層3發(fā)生相似的膨脹。層3的晶格參數(shù)A3(根據(jù)CTEl和CTE5值而估計(jì)為0. 32349nm)與包含10%銦的InGaN的晶格參數(shù)一致。 接著，無應(yīng)變的10%的銦InGaN層6在溫度Te形成在籽晶層3上。層6可以被用作用于光伏或激光器組件或者用于發(fā)光二極管的有源層。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)應(yīng)變材料的籽晶層(3)的晶格參數(shù)的方法，該方法包括以下的連續(xù)步驟a)提供結(jié)構(gòu)(10)，該結(jié)構(gòu)(10)具有-應(yīng)變材料的籽晶層(3)，該籽晶層(3)具有晶格參數(shù)A1、標(biāo)稱晶格參數(shù)An及熱膨脹系數(shù) CTE3，-低粘性層⑵，以及-中間基板(1)，其具有熱膨脹系數(shù)CTEl ；b)施加熱處理，以使所述應(yīng)變材料的籽晶層C3)松弛；以及c)將所述籽晶層( 轉(zhuǎn)移到支承基板( 上，所述支承基板( 具有熱膨脹系數(shù)CTE5，所述中間基板(1)和所述支承基板( 被選擇為使得A1 < An 并且 CTEl 彡 CTE3 并且 CTE5 > CTEl或者A1 > An 并且 CTEl 彡 CTE3 并且 CTE5 < CTEl。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中A1 < An 并且 CTE5 彡 CTE3或者A1 > An 并且 CTE5 彡 CTE3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟c)之后是步驟d)，該步驟d)包括在所述籽晶層( 上外延生長(zhǎng)具有晶格參數(shù)A3的至少一個(gè)外延層(6)，外延生長(zhǎng)在所述至少一個(gè)外延層(6)的外延生長(zhǎng)溫度執(zhí)行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中，根據(jù)所述中間基板(1)和所述支承基板(5)的相應(yīng)熱膨脹系數(shù)CTEl和CTE5來選擇所述中間基板(1)和所述支承基板(5)，使得在所述外延生長(zhǎng)溫度，當(dāng)A1 < An時(shí)，所述晶格參數(shù)A3等于或大于K。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，根據(jù)所述中間基板(1)和所述支承基板( 的相應(yīng)熱膨脹系數(shù)CTEl和CTE5來選擇所述中間基板(1)和所述支承基板(5)，使得在所述外延生長(zhǎng)溫度下，當(dāng)A1 > An時(shí)，所述晶格參數(shù)A3等于或小于K。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟b)中對(duì)所述籽晶層(3)的松弛是完全的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟b)中對(duì)所述籽晶層(3)的松弛是橫向彈性變形。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，所述籽晶層C3)被分割成材料島狀物或帶狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述低粘性層( 的至少一部分厚度中形成了在所述籽晶層(3)的所述島狀物或所述帶狀物上對(duì)準(zhǔn)的特征。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，在存在位于所述籽晶層(3)的自由表面上的硬化層(1 的情況下，執(zhí)行步驟b)中的松弛。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟C)中對(duì)所述籽晶層C3)的轉(zhuǎn)移包括-經(jīng)由粘接層(4)將所述籽晶層C3)粘接至所述支承基板(5)；以及-通過機(jī)械薄化技術(shù)、電磁照射、沿弱化區(qū)破裂或者化學(xué)刻蝕來去除所述中間基板⑴。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至11中一項(xiàng)所述的方法，其中，所述籽晶層C3)和所述外延層(6) 包括IlI-NdlI族氮化物)單晶材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求3至12中一項(xiàng)所述的方法，其中-在步驟d)中生長(zhǎng)的所述外延層(6)以及所述籽晶層(3)由InGaN制成；并且-所述外延層(6)的銦含量等于或高于所述籽晶層(3)的銦含量，具體地，所述外延層 (6)的銦含量比所述籽晶層(3)的銦含量高大約2%。
14.根據(jù)權(quán)利要求12至13所述的方法，其中，所述中間基板(1)是從硅、SiC、p-SiC以及石英中選擇的，并且所述支承基板(5)由藍(lán)寶石制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求3至14中一項(xiàng)所述的方法，其中，所述外延層(6)或多個(gè)所述外延層 (6)是一個(gè)或更多個(gè)有源層，具體地，所述外延層(6)或多個(gè)所述外延層(6)是用于激光器組件、光伏組件或者發(fā)光二極管的一個(gè)或更多個(gè)有源層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)應(yīng)變材料籽晶層(3)的晶格參數(shù)的方法，該方法包括以下步驟a)提供結(jié)構(gòu)(10)，該結(jié)構(gòu)(10)具有應(yīng)變材料籽晶層(3)，該籽晶層(3)具有晶格參數(shù)A1、標(biāo)稱晶格參數(shù)An以及熱膨脹系數(shù)CTE3；低粘性層(2)；以及中間基板(1)，該中間基板具有熱膨脹系數(shù)CTE1；b)施加熱處理，以使應(yīng)變材料籽晶層(3)松弛；以及c)將籽晶層(3)轉(zhuǎn)移到支承基板(5)上，該支承基板具有熱膨脹系數(shù)CTE5，中間基板(1)和支承基板(5)被選擇為使得A1＜An并且CTE1≤CTE3并且CTE5＞CTE1或者A1＞An并且CTE1≥CTE3并且CTE5＜CTE1。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102349148SQ201080011062
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者帕斯卡·昆納德, 弗雷德里克·杜蓬 申請(qǐng)人:硅絕緣體技術(shù)有限公司