專利名稱：復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底。
背景技術(shù)：
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(zhǎng)GaN的晶格不批配高達(dá)13. 6%，容易造成晶格缺陷，使得成長(zhǎng)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)容針對(duì)現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底?！N復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其包含一基板；一晶格緩沖層，形成于石英玻璃上，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。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f lOOOOnm，其材料選自Si-DLC膜、C-DLC膜、Ni-DLC膜或碳化鈦-DLC膜；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 l(Tl0000nm。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。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(zhǎng)的生長(zhǎng)襯底，克服了石英玻璃或金屬基板用于生長(zhǎng)氮化鎵基半導(dǎo)體材料存在的晶格不匹配及熱失配等問(wèn)題，從而降低了現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底的成本，同時(shí)提高了其后續(xù)生長(zhǎng)的氮化鎵基半導(dǎo)體材料的質(zhì)量。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)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(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)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。[0010]圖I為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。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
以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)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(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)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)。 實(shí)施例一如圖I所示，GaN基材料層130外延生長(zhǎng)于一種基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底上。該復(fù)合式生長(zhǎng)襯底包括石英玻璃100，作為復(fù)合式生長(zhǎng)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Si-DLC膜、C-DLC膜、Ni-DLC或碳化鈦-DLC，厚度為l 10000nm ;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l(Tl0000nm。前述基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底的制備方法，步驟如下首先，提供一石英玻璃100。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。可采用磁控派鍍法(magnetically sputtering method)、離子蒸鍍法(ion plating method)、電弧離子蒸鍍法(arc ion plating),或電衆(zhòng)輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemicalvapor deposition)等方法。下一步，在所述晶格緩沖層110上生長(zhǎng)一層A1N，作為晶格轉(zhuǎn)換層120，構(gòu)成復(fù)合成氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底。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(wèn)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AlN,當(dāng)作晶格轉(zhuǎn)換層(crystal translation layer),減少晶格不匹配所造成應(yīng)力的影響，使得外延片生長(zhǎng)基臺(tái)MOCVD能在價(jià)格低廉的石英玻璃上生長(zhǎng)GaN材質(zhì)，大大地降低了生長(zhǎng)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(zhǎng)的GaN基材料的質(zhì)量。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(zhǎng)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，其作為磊晶基底之用，使GaN基材料能借由此種子層順利成長(zhǎng)上去。如圖2所不，GaN基材料層230外延生長(zhǎng)于一種基于金屬基板的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底。該復(fù)合式生長(zhǎng)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。金屬基板200的溶點(diǎn)最好聞?dòng)?000 C，可選用碳化鶴基板、鶴基板、碳化娃、鋼材基板等材料。種子層240位于金屬基板上，其材料可選用鉻、鈦或鎳但不局限于此。晶絡(luò)緩沖層210位于種子層240上，材料選自Si-DLC膜、C-DLC膜、Ni-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。前述基于石英玻璃的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底可通過(guò)下面步驟制備。首先，提供一鋼材基板200。下一步，在鋼材基板200上蒸鍍一層鉻作為種子層240。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)、離子蒸鍍法(ion plating method)、電弧離子蒸鍍 法(arc ion plating),或電衆(zhòng)輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemical vapordeposition)等方法。下一步，在所述晶格緩沖層210上生長(zhǎng)一層A1N，作為晶格轉(zhuǎn)換層220，構(gòu)成復(fù)合成氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底。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。以上實(shí)施例僅供說(shuō)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。
權(quán)利要求1.復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其包含 一基板； 一晶格緩沖層，形成于石英玻璃上，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I所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其特征在于所述基板為石英玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其特征在于所述基板為金屬基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其特征在于所述種子層的材料選自鉻、鈦或鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其特征在于所述晶格緩沖層的材料選自Si-DLC膜、C-DLC膜、Ni-DLC膜或碳化鈦-DLC膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底，其特征在于所述晶格轉(zhuǎn)換層由氮化物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合式氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)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(zhǎng)氮化鎵基半導(dǎo)體材料存在的晶格不匹配及熱失配等問(wèn)題，從而降低了現(xiàn)有氮化鎵基半導(dǎo)體生長(zhǎng)襯底的成本，同時(shí)提高了其后續(xù)生長(zhǎng)的氮化鎵基半導(dǎo)體材料的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L33/12GK202549913SQ201220096939
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者莊家銘, 王振祖, 范慧麗, 黃惠葵 申請(qǐng)人:安徽三安光電有限公司