本發(fā)明涉及一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底及其制備方法。

背景技術(shù)：

GaN作為第三代半導體材料的主要代表，具有實現(xiàn)高溫、高功率、高頻以及高速器件的卓越性能，且能應用于制備航空航天所需高端微電子器件，已經(jīng)成為了國際光電子領域的研究熱點。目前，由于GaN體單晶的制備非常困難，大尺寸單晶GaN難以直接獲得，且價格昂貴，GaN材料體系的外延生長主要是基于大失配的異質(zhì)外延技術(shù)。鑒于藍寶石化學和熱穩(wěn)定性較好，價格便宜，易于清洗處理、可大尺寸穩(wěn)定生產(chǎn)等優(yōu)點，目前業(yè)界常用的是藍寶石襯底上采用兩步生長法外延GaN材料。這種基于緩沖層的異質(zhì)外延技術(shù)取得了較大的成功，其中藍光、綠光LED已經(jīng)實現(xiàn)商品化，但是這種工藝沒能充分發(fā)揮GaN基半導體材料的優(yōu)越性能，主要體現(xiàn)在：藍寶石導電性能較差，導致相關器件無法實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)，降低了材料利用率；藍寶石導熱性能不好，散熱問題突出，限制了其在高溫和大功率器件上的應用；藍寶石硬度較高，且不易解理，不能通過解理的方法得到GaN基器件的腔面。

硅襯底具有導熱導電性能優(yōu)異、成本較低，易集成等優(yōu)點，成為近幾年GaN基LED領域研究的課題之一，但現(xiàn)有Si襯底上外延GaN技術(shù)中仍存在著外延層的位錯密度較高等問題。碳化硅是外延GaN的理想襯底，它與GaN間的晶格失配和熱失配較小，且具備良好的導熱導電性能，可極大簡化制作工藝，然而SiC襯底的價格昂貴，外延層與襯底間存在粘附性等問題，不宜進行工業(yè)化生產(chǎn)。因此，在Si和SiC襯底上生長高質(zhì)量GaN外延膜的難度更高。

已有一部分研究機構(gòu)開始關注介質(zhì)鍵合和激光剝離相結(jié)合的技術(shù)，將具有量子阱等結(jié)構(gòu)的GaN外延層或芯片由藍寶石襯底轉(zhuǎn)移到高熱導率高電導率的襯底上，制備垂直結(jié)構(gòu)器件，以消除藍寶石襯底的不利影響，這并沒有從根本上解決異質(zhì)外延大失配造成晶體質(zhì)量較差的問題，且鍵合和襯底剝離過程對量子阱結(jié)構(gòu)損害嚴重。鑒于以上原因，已經(jīng)有一部分研究機構(gòu)開始關注介質(zhì)鍵合和激光剝離相結(jié)合的技術(shù)，將GaN外延單晶層轉(zhuǎn)移到高熱導率高電導率的襯底上，其解決了藍寶石襯底絕緣和不導熱問題，具備優(yōu)異的導熱導電性能，可直接用于制備垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，極大簡化生產(chǎn)工藝，提高了襯底材料的利用率，降低成本，且相對于以往的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片制備方法，解決了前者的反射鏡和良品率問題。此外，轉(zhuǎn)移過程在制備量子阱結(jié)構(gòu)前，不會損傷量子阱結(jié)構(gòu)及相應的光學性能，而其成本顯著低于SiC基GaN復合襯底。

如專利號為201210068033.0、名稱為一種用于GaN生長的復合襯底的制備方法，和專利申請?zhí)枮?01210068026.0、名稱為一種用于GaN生長的復合襯底的在先專利，對基于介質(zhì)鍵合和激光剝離技術(shù)制備用于GaN生長的復合襯底及其制備方法進行了描述。但目前使用介質(zhì)鍵合和激光剝離工藝制備導熱導電GaN復合襯底，存在如下問題：1.最主要、最關鍵的技術(shù)問題：介質(zhì)鍵合和激光剝離工藝實現(xiàn)的導熱導電GaN復合襯底中，殘余應力較大，造成襯底翹曲嚴重，有些襯底上甚至會形成裂紋、褶皺和退鍵合現(xiàn)象，影響良品率，顯著提高了成本；2.次要問題：1)襯底翹曲嚴重，影響后續(xù)同質(zhì)外延效果，損害發(fā)光性能及波長均勻性和芯片的良品率。2)襯底中殘余應力較大，增加了后續(xù)同質(zhì)外延的難度，更易于在同質(zhì)外延過程中造成裂紋、褶皺、退鍵合現(xiàn)象，影響同質(zhì)外延獲得的晶體質(zhì)量。3)襯底翹曲嚴重，會影響芯片工藝，不利于制備芯片過程中光刻和制備電極過程的對位，降低產(chǎn)品的性能和成品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底及其制備方法，能有效減小襯底內(nèi)的殘余應力和翹曲變形，顯著改善轉(zhuǎn)移實現(xiàn)的GaN復合襯底的各項性能、GaN同質(zhì)外延質(zhì)量以及后期芯片工藝難度，有效控制成本。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下方案：

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層和GaN基外延薄膜，以及設置在導熱導電轉(zhuǎn)移襯底與鍵合介質(zhì)層之間的應力平衡結(jié)構(gòu)層。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層和GaN基外延薄膜，以及設置在導熱導電轉(zhuǎn)移襯底背面的應力平衡結(jié)構(gòu)層。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層和GaN基外延薄膜，以及設置在鍵合介質(zhì)層中間的應力平衡結(jié)構(gòu)層。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層和GaN基外延薄膜，以及設置在GaN基外延薄膜內(nèi)部的應力平衡結(jié)構(gòu)層。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層和GaN基外延薄膜，以及設置在GaN基外延薄膜與鍵合介質(zhì)層之間的應力平衡結(jié)構(gòu)層

所述應力平衡結(jié)構(gòu)層為GaN薄膜、AlN薄膜和InN薄膜中的一種或者是其中任意二種或者是三種組合的合金薄膜；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是Al₂O₃、ZnO、SiO₂、ITO、MgO、La₂O₃和Y₂O₃中的一種；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是鉬、金、鈦、銅、鈀、鎢、鎳、鉻、鉑、鉭、鈮、釩、鋯、錸和鉿中的一種單質(zhì)金屬或任意兩種或者任意兩種以上的組合合金；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是硅、鋁、鎳、鉻、鉑、鉬、金、鈀、銅、鎢、鉭、鈮、釩、鋯、鈦、錸和鉿中的一種或任意兩種或者是任意兩種以上與碳、氮、硅或硼生成的化合物；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是樹脂基體和導電粒子銀、金、銅、鋁、鋅、鐵、鎳、鈦、鉬、鈀、鉻、銅、鎢及石墨中的一種或任意兩種或任意兩種以上構(gòu)成的導電聚合物；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是導電粒子銀、金、銅、鋁、鋅、鐵、鎳、鈦、鉬、鈀、鉻、銅、鎢和石墨中任意一種的微粒與粘合劑、溶劑或助劑所組成的導電漿料；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是硅酸鹽基高溫導電膠；

或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是鎳、鉻、硅和硼形成的高溫合金漿料。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底的制備方法，用于制備氮極性面朝上的GaN基復合襯底，包括以下步驟：

在藍寶石襯底上外延生長GaN基外延薄膜得到藍寶石GaN基復合襯底；

在相應位置上制備應力平衡結(jié)構(gòu)層；

在藍寶石GaN基復合襯底的GaN基外延薄膜表面和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底上制備鍵合介質(zhì)層，然后通過該鍵合介質(zhì)層將GaN基外延薄膜和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底進行鍵合，實現(xiàn)GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底的鍵合，鍵合時采用的溫度為0℃-2000℃，壓力為20公斤力/平方英寸至20噸/平方英寸；

去除藍寶石襯底，對所獲得的復合襯底進行表面清洗，得到具有應力平衡結(jié)構(gòu)且氮極性面朝上的GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底鍵合在一起的GaN基復合襯底。

一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底的制備方法，用于制備鎵極性面朝上的GaN復合襯底，包括以下步驟：

在藍寶石襯底上外延生長GaN基外延薄膜得到藍寶石GaN基復合襯底，使用粘接劑將GaN基外延薄膜連接到臨時轉(zhuǎn)移襯底上，去除原藍寶石襯底；

在相應位置制備應力平衡結(jié)構(gòu)層；

在粘接到臨時轉(zhuǎn)移襯底上的GaN基外延薄膜和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底表面分別制備鍵合介質(zhì)層，然后將GaN基外延薄膜表面的鍵合介質(zhì)層與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底表面的鍵合介質(zhì)層進行鍵合，實現(xiàn)GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底的鍵合，鍵合時采用的溫度為0℃-2000℃，壓力為20公斤力/平方英寸至20噸/平方英寸；

在鍵合過程中，粘接劑在高溫下碳化，臨時轉(zhuǎn)移襯底從GaN基外延薄膜表面自動脫落，對所獲得的復合襯底進行表面清洗，得到具有應力平衡結(jié)構(gòu)層且鎵極性面朝上的GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底鍵合在一起的GaN基復合襯底。

本發(fā)明在GaN基復合襯底中插入應力平衡結(jié)構(gòu)層，以平衡或抵消復合襯底內(nèi)的殘余應力。所得到的復合襯底，適用于同質(zhì)外延和直接制備垂直結(jié)構(gòu)LED器件，同時具備低應力和小翹曲狀態(tài)，能顯著改善轉(zhuǎn)移實現(xiàn)的GaN基復合襯底的各項性能、GaN同質(zhì)外延質(zhì)量以及后期芯片工藝難度，可以有效控制成本，具有較大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊?/p>

附圖說明

附圖1為本發(fā)明襯底的實施例一剖面示意圖；

附圖2為本發(fā)明襯底的實施例二剖面示意圖；

附圖3為本發(fā)明襯底的實施例三剖面示意圖；

附圖4為本發(fā)明襯底的實施例四剖面示意圖；

附圖5為本發(fā)明襯底的實施例五剖面示意圖；

附圖6-1為本發(fā)明制備方法實施例一的制備過程示意圖；

附圖6-2為本發(fā)明制備方法實施例一的制備過程示意圖；

附圖6-3為本發(fā)明制備方法實施例一的制備過程示意圖；

附圖6-4為本發(fā)明制備方法實施例一的制備過程示意圖；

附圖6-5為本發(fā)明制備方法實施例一的制備完成示意圖；

附圖7-1為本發(fā)明制備方法實施例二的制備過程示意圖；

附圖7-2為本發(fā)明制備方法實施例二的制備過程示意圖；

附圖7-3為本發(fā)明制備方法實施例二的制備過程示意圖；

附圖7-4為本發(fā)明制備方法實施例二的制備完成示意圖；

附圖8為本發(fā)明制備方法實施例三的制備狀態(tài)示意圖；

附圖9為本發(fā)明制備方法實施例四的制備狀態(tài)示意圖；

附圖10為本發(fā)明制備方法實施例五的制備狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

本發(fā)明揭示了一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，該襯底包括導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層、GaN基外延薄膜和應力平衡結(jié)構(gòu)層，對于該導熱導電轉(zhuǎn)移襯底、鍵合介質(zhì)層、GaN基外延薄膜和應力平衡結(jié)構(gòu)層的連接關系和位置關系，有以下五種較佳的實施例。

實施例一，如附圖1所示，一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底101、鍵合介質(zhì)層103和GaN基外延薄膜104，以及設置在導熱導電轉(zhuǎn)移襯底與鍵合介質(zhì)層之間的應力平衡結(jié)構(gòu)層102。

實施例二，如附圖2所示，一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底202、鍵合介質(zhì)層203和GaN基外延薄膜204，以及設置在導熱導電轉(zhuǎn)移襯底背面的應力平衡結(jié)構(gòu)層201。

實施例三，如附圖3所示，一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底301、鍵合介質(zhì)層302和GaN基外延薄膜304，以及設置在鍵合介質(zhì)層302中間的應力平衡結(jié)構(gòu)層303。此處可以是設置兩個連接在一起的鍵合介質(zhì)層，然后應力平衡結(jié)構(gòu)層設置在該兩個鍵合介質(zhì)層的中間。

實施例四，如附圖4所示，一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底401、鍵合介質(zhì)層402和GaN基外延薄膜404，以及設置在GaN基外延薄膜404內(nèi)部的應力平衡結(jié)構(gòu)層403。

實施例五，如附圖5所示，一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底，所述襯底包括由下往上依次設置的導熱導電轉(zhuǎn)移襯底501、鍵合介質(zhì)層502和GaN基外延薄膜504，以及設置在GaN基外延薄膜504與鍵合介質(zhì)層502之間的應力平衡結(jié)構(gòu)層503。

應力平衡結(jié)構(gòu)層可由GaN薄膜、AlN薄膜和InN薄膜中的一種或者是其中任意二種或者是三種組合的合金薄膜制成；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是SiO₂、Al₂O₃、ZnO、ITO、MgO、La₂O₃和Y₂O₃中的一種制成；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是鉬(Mo)、金(Au)、鈦(Ti)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鉭(Ta)、鈮(Ne)、釩(V)、鋯(Zr)、錸(Re)和鉿(Hf)中的一種單質(zhì)金屬或任意兩種或者任意兩種以上的組合合金制成；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是硅、鋁、鉬(Mo)、金(Au)、鈀(Pd)、銅(Cu)、鎢(W)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鉭(Ta)、鈮(Ne)、釩(V)、鋯(Zr)、鈦(Ti)和錸(Re)或鉿(Hf)與碳、氮、硅或硼生成的化合物；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是樹脂基體和導電粒子銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎢(W)及石墨(C)中的一種或任意兩種或任意兩種以上構(gòu)成的導電聚合物；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是導電粒子銀、金、銅、鋁、鋅、鐵、鎳、鈦、鉬、鈀、鉻、銅、鎢和石墨的微粒與粘合劑、溶劑或助劑所組成的導電漿料；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是硅酸鹽基高溫導電膠；或者應力平衡結(jié)構(gòu)層是鎳(Ni)、鉻(Cr)、硅(Si)和硼(B)形成的高溫合金漿料。

所述鍵合介質(zhì)層為鉬(Mo)、金(Au)、鈀(Pd)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉻(Cr)和銀(Ag)中的一種單質(zhì)金屬或任意兩種或任意兩種以上的組合合金；或者鍵合介質(zhì)層是樹脂基體和導電粒子銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎢(W)及石墨(C)中的一種或任意兩種或任意兩種以上構(gòu)成的導電聚合物；或者鍵合介質(zhì)層是導電粒子銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎢(W)和石墨(C)中的一種或任意兩種或任意兩種以上的微粒子與粘合劑、溶劑或助劑所組成的導電漿料；或者鍵合介質(zhì)層是硅酸鹽基高溫導電膠；或者是鎳(Ni)、鉻(Cr)、硅(Si)和硼(B)形成的高溫合金漿料；或者鍵合介質(zhì)層是SiO₂。

導熱導電轉(zhuǎn)移襯底是鉬(Mo)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鈀(Pd)、鎳(Ni)和鉻(Cr)中的一種單質(zhì)金屬或任意兩種或任意兩種以上的組合合金，或者是硅晶體、碳化硅晶體、AlSi晶體或金屬玻璃。

鍵合介質(zhì)層的厚度為1納米至100微米，優(yōu)選為500納米至20微米；導熱導電轉(zhuǎn)移襯底的厚度為1納米至3000微米，優(yōu)選為50微米至1000微米；應力平衡結(jié)構(gòu)層的厚度為1納米至500微米，優(yōu)選為10微米至100微米。并且該鍵合介質(zhì)層和應力平衡結(jié)構(gòu)層均為單層、兩層或者兩層上的結(jié)構(gòu)，或者是成份漸變層結(jié)構(gòu)。

此外，應力平衡結(jié)構(gòu)層可選擇使用磁控濺射、原子層沉積、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、分子束外延、等離子體增強化學氣相沉積、介質(zhì)鍵合、直接鍵合、旋涂、金屬有機化學氣相沉積、氫化物氣相外延或者是真空熱蒸發(fā)技術(shù)制備在相應位置，也包括沉積應力平衡結(jié)構(gòu)層后的熱退火等后處理工藝。

所述應力平衡結(jié)構(gòu)層，若制備在鍵合介質(zhì)層與GaN基外延膜之間，則可以是在GaN基外延生長前，先預制應力平衡結(jié)構(gòu)層，再外延GaN基外延膜，進行襯底轉(zhuǎn)移工藝，或者是在GaN基外延膜的表面制備應力平衡結(jié)構(gòu)層，再沉積鍵合介質(zhì)層，進行襯底轉(zhuǎn)移工藝。

所述應力平衡結(jié)構(gòu)層，可選擇在使用襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制備GaN基復合襯底前制備，或者是在襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制備GaN基復合襯底的過程中，或者是使用襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)制備GaN復合襯底之后。

所述應力平衡結(jié)構(gòu)層，可以為薄膜結(jié)構(gòu)，或是帶有圓柱形、圓錐形、三角錐形、四邊形、三角形、條紋狀、及圓環(huán)形等形狀的結(jié)構(gòu)，以達到更好的應力平衡、釋放和減小翹曲的效果。

上述導熱導電鍵合介質(zhì)層，則利用磁控濺射、電鍍、真空熱蒸發(fā)、PECVD或濕法工藝，制備在GaN基外延薄膜和導熱導電襯底的表面。

另外，本發(fā)明還揭示了一種帶應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN基復合襯底的制備方法，共揭示了兩種制備方法，分別用于制備氮極性面朝上和鎵極性面朝上的復合襯底。其中制備氮極性面朝上的復合襯底方法具體包括以下步驟：

S1，在藍寶石襯底上外延生長GaN基外延薄膜得到藍寶石GaN基復合襯底。

S2，在相應位置制備應力平衡結(jié)構(gòu)層；

S3,在藍寶石GaN基復合襯底的GaN基外延薄膜表面和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底上制備鍵合介質(zhì)層，然后通過該鍵合介質(zhì)層將GaN基外延薄膜和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底進行鍵合，實現(xiàn)GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底的鍵合，鍵合時采用的溫度為0℃-2000℃，壓力為20公斤力/平方英寸至20噸/平方英寸；

S4，去除藍寶石襯底，對所獲得的復合襯底進行表面清洗，得到具有應力平衡結(jié)構(gòu)且氮極性面朝上的GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底鍵合在一起的GaN基復合襯底。

制備鎵極性面朝上的復合襯底方法具體包括以下步驟：

S11，在藍寶石襯底上外延生長GaN基外延薄膜得到藍寶石GaN基復合襯底，使用粘接劑將GaN基外延薄膜連接到臨時轉(zhuǎn)移襯底上，去除原藍寶石襯底；

S22，在相應位置制備應力平衡結(jié)構(gòu)層；

S33,在粘接到臨時轉(zhuǎn)移襯底上的GaN基外延薄膜和導熱導電轉(zhuǎn)移襯底表面分別制備鍵合介質(zhì)層，然后將GaN基外延薄膜表面的鍵合介質(zhì)層與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底表面的鍵合介質(zhì)層進行鍵合，實現(xiàn)GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底的鍵合，鍵合時采用的溫度為0℃-2000℃，壓力為20公斤力/平方英寸至20噸/平方英寸；

S44,在鍵合過程中，粘接劑在高溫下碳化，臨時轉(zhuǎn)移襯底從GaN基外延薄膜表面自動脫落，對所獲得的復合襯底進行表面清洗，得到具有應力平衡結(jié)構(gòu)且鎵極性面朝上的GaN基外延薄膜與導熱導電轉(zhuǎn)移襯底鍵合在一起的GaN基復合襯底。

下面制備方法以具體實施進行詳細闡述

實施例一

使用AlN作為應力平衡結(jié)構(gòu)層、Ni/Pd鍵合Si襯底和GaN基薄膜外延層，得到鎵極性面朝外的低應力和翹曲狀態(tài)的GaN基復合襯底，具體制備方法如下：

(1)制備膠粘轉(zhuǎn)移的藍寶石GaN基復合襯底：在2英寸430微米厚的平板藍寶石襯底上，先外延生長4微米厚的GaN單晶層，接著在HVPE室中生長加厚GaN外延膜厚度至30微米，然后使用502膠水將該GaN外延膜粘接到2英寸500微米厚陶瓷臨時襯底上，陶瓷襯底作為轉(zhuǎn)移支撐襯底，之后使用激光剝離將原外延藍寶石襯底去除，即得到粘接在陶瓷襯底上的GaN單晶層，如圖6-1所示。

(2)在Si襯底上將進行鍵合的表面，外延50nm的AlN層，作為應力平衡結(jié)構(gòu)層，如圖6-2所示。

(3)在粘接在陶瓷襯底上的GaN外延膜的GaN面和Si襯底AlN層表面，分別使用磁控濺射制備500nm的Ni層和2um的Pd層，作為導熱導電的鍵合介質(zhì)層，然后在溫度600℃，壓力為10T下，進行60分鐘的鍵合，實現(xiàn)GaN外延膜與Si襯底的鍵合，如圖6-3所示。

(4)在鍵合過程中，502膠在高溫下碳化，陶瓷襯底從GaN外延膜表面自動脫落，對所獲得的復合襯底進行鹽酸、丙酮等表面清洗工藝，則得到Ni/Pd鍵合、器件結(jié)構(gòu)為由上往下依次排列的GaN/Ni/Pd/Pd/Ni/AlN/Si的復合襯底，如圖6-4所示。

(5)該復合襯底包含一層300微米厚的Si襯底，通過一厚度可調(diào)的Ni/Pd鍵合介質(zhì)層與30微米厚的GaN外延膜鍵合在一起，并使用預先外延于Si襯底上的AlN薄膜作為應力平衡結(jié)構(gòu)層抵消襯底內(nèi)的大部分殘余應力,如圖6-5所示。所得到的復合襯底除了具有良好的高溫穩(wěn)定性外，殘余應力和襯底翹曲情況有了顯著改善，更適用于GaN同質(zhì)外延生長和芯片工藝。

實施例二

使用AlGaN成份漸變層作為應力平衡結(jié)構(gòu)層、高溫合金漿料(NiCrSiB)鍵合MoCu襯底和GaN外延層，得到氮極性面朝外的低應力和翹曲狀態(tài)的GaN基復合襯底，具體制備方法如下：

(1)藍寶石襯底上外延生長GaN單晶層得到藍寶石基GaN復合襯底：在2英寸430微米厚的平板藍寶石襯底上，先外延生長1微米厚的GaN單晶層，再外延一層500納米厚的AlGaN成份漸變層作為應力平衡結(jié)構(gòu)層，接著在HVPE中生長加厚GaN層厚度至25微米，如附圖7-1所示。

(2)在上述的藍寶石GaN復合襯底的GaN面和MoCu襯底表面，分別旋轉(zhuǎn)涂布一層厚度為10微米的NiCrSiB高溫合金漿料，作為導電鍵合介質(zhì)層，如圖4-1所示，然后在溫度1500℃，壓力為15T下，進行60分鐘的鍵合，實現(xiàn)GaN單晶層與MoCu金屬襯底的鍵合，如圖7-2所示。

(3)采用激光剝離去除藍寶石襯底，對所獲得的復合襯底進行鹽酸、丙酮等進行表面清洗，則得到NiCrSiB高溫合金漿料鍵合、器件結(jié)構(gòu)為GaN(包含AlGaN成份漸變應力平衡結(jié)構(gòu)層)/NiCrSiB/NiCrSiB/MoCu的復合襯底，如圖7-3所示。

(4)該復合襯底包含一層150微米厚的MoCu襯底，其中Mo和Cu的質(zhì)量百分比分別為20％比80％，通過一厚度可調(diào)的NiCrSiB高溫合金漿料層與25微米厚的GaN外延層鍵合在一起,且通過在GaN單晶層內(nèi)預制的AlGaN成份漸變應力平衡結(jié)構(gòu)層抵消襯底內(nèi)的大部分殘余應力，如圖7-4所示。所得到的復合襯底除了具有良好的高溫穩(wěn)定性外，殘余應力和襯底翹曲情況有了顯著改善，更適用于GaN同質(zhì)外延生長和芯片工藝。

實施例三

用GaN/AlGaN作為應力補償層、Ni/Cu鍵合W金屬襯底和GaN外延層，得到氮極性面朝外的低應力和翹曲狀態(tài)的GaN復合襯底，具體制備方法如下：

(1)在藍寶石襯底上外延生長GaN單晶層得到GaN基藍寶石復合襯底：在2英寸430微米厚的平板藍寶石襯底上，先外延生長4.5微米厚的GaN單晶層，再在HVPE中生長加厚GaN層厚度至25微米。

(2)在W金屬襯底的背面使用MOCVD外延生長5微米厚的GaN薄膜和3微米厚的AlGaN薄膜，作為應力平衡結(jié)構(gòu)層。

(3)在上述的藍寶石GaN基復合襯底的GaN面，使用電鍍制備500納米厚的Ni和5微米厚的Cu導電鍵合介質(zhì)層，然后在溫度500℃，壓力為12T下，進行30分鐘的鍵合，實現(xiàn)GaN外延層與W金屬襯底的鍵合。

(4)采用激光剝離方式去除藍寶石襯底，對所獲得的復合襯底進行鹽酸、丙酮等表面清洗工藝，則得到Ni/Cu鍵合、器件結(jié)構(gòu)為由上班下依次排列的GaN/Ni/Cu/W/GaN/AlGaN的復合襯底。

(5)該復合襯底包含一層500微米厚的W襯底，其中W的百分比含量≥99.95％，通過一厚度可調(diào)的Ni/Cu鍵合介質(zhì)層與25微米厚的GaN單晶外延層鍵合在一起，并使用預先外延生長的GaN和AlGaN薄膜作為應力平衡結(jié)構(gòu)層抵消襯底內(nèi)的大部分殘余應力，如圖8所示。所得到的復合襯底除了具有良好的高溫穩(wěn)定性外，殘余應力和襯底翹曲情況有了顯著改善，更適用于GaN同質(zhì)外延生長和芯片工藝。

實施例四

用SiO₂作為應力平衡結(jié)構(gòu)層、Cr/Cr鍵合AlSi襯底和AlGaN外延層，得到氮極性面朝外的低應力和翹曲狀態(tài)的AlGaN復合襯底，具體制備方法如下：

(1)在藍寶石襯底上外延生長AlGaN薄膜得到藍寶石AlGaN基復合襯底：在2英寸430微米厚的平板藍寶石襯底上，外延生長4微米厚的AlGaN薄膜。

(2)在上述的藍寶石AlGaN基復合襯底的AlGaN面和AlSi襯底的正面，使用磁控濺射分別制備1微米厚的Cr導電鍵合介質(zhì)層，再在Cr層表面分別使用PECVD沉積1微米的SiO₂，然后在溫度1200℃，壓力為7T下，進行40分鐘的鍵合，實現(xiàn)AlGaN外延層與AlSi金屬襯底的鍵合。

(4)采用激光剝離方式去除藍寶石襯底，對所獲得的金屬復合襯底進行鹽酸、丙酮等進行表面清洗，則得到Cr/Cr鍵合介質(zhì)層、器件結(jié)構(gòu)為由上往下依次排列的AlGaN/Cr/SiO₂/SiO₂/Cr/AlSi的復合襯底。

(5)該復合襯底包含一層150微米厚的AlSi襯底，其中Al的組分為30％，Si的組分為70％，通過一厚度可調(diào)的Cr鍵合介質(zhì)層與4微米厚的AlGaN單晶外延層鍵合在一起，并使用SiO₂作為應力平衡結(jié)構(gòu)層抵消襯底內(nèi)的大部分殘余應力，如附圖9所示，。所得到的復合襯底除了具有良好的高溫穩(wěn)定性外，殘余應力和襯底翹曲情況有了顯著改善，更適用于制備紫外LED器件。

實施五

用AlGaN和AlN/AlGaN作為兩個應力平衡結(jié)構(gòu)層、共濺射AgCu/Au鍵合CuW襯底和GaN外延層，得到鎵極性面朝外的低應力和翹曲狀態(tài)的GaN復合襯底，具體制備方法如下：

(1)制備ZnO作為犧牲釋放層的藍寶石GaN基復合襯底：在2英寸430微米厚的平板藍寶石襯底上，先使用磁控濺射技術(shù)沉積200納米的ZnO犧牲釋放層，再在MOCVD中外延生長1微米厚的GaN單晶層，然后外延300納米的AlN/AlGaN薄膜作為應力平衡結(jié)構(gòu)層，接著外延3微米厚的GaN單晶層，最后在HVPE中生長加厚GaN層厚度至30微米。然后使用502膠將該GaN外延膜粘接到2英寸430微米厚玻璃襯底上，玻璃襯底作為轉(zhuǎn)移支撐襯底，之后采用化學剝離技術(shù)，即使用化學試劑腐蝕ZnO犧牲釋放層，從而剝離藍寶石襯底，即得到粘接在玻璃襯底上的GaN單晶層。

(2)在200微米厚CuW襯底的背面，外延10微米的AlGaN薄膜，作為另一個應力平衡結(jié)構(gòu)層。

(3)在CuW襯底的正面，使用磁控濺射共濺射2微米的AgCu，再分別在CuW襯底和GaN薄膜的表面分別濺射1微米的Au層，作為導熱導電鍵合介質(zhì)層，然后在溫度380℃，壓力為15T下，進行120分鐘的鍵合，實現(xiàn)GaN外延層與CuW襯底的鍵合。

(4)在鍵合過程中，502膠在高溫下碳化，藍寶石襯底從GaN外延膜表面自動脫落，對所獲得的復合襯底進行鹽酸、丙酮等進行表面清洗，則得到Au/Au鍵合、器件結(jié)構(gòu)為GaN(含有AlN/AlGaN應力平衡結(jié)構(gòu)層)/Au/Au/AgCu/CuW/AlGaN的復合襯底，如圖7所示。

(5)該復合襯底包含一層200微米厚的CuW襯底，其中W和Cu的質(zhì)量百分比分別為20％比80％，通過一厚度可調(diào)的AgCu和Au/Au鍵合介質(zhì)層與30微米厚帶有AlN/AlGaN薄膜作為應力平衡結(jié)構(gòu)層的GaN單晶外延層鍵合在一起，并同時在CuW襯底背面使用AlGaN應力平衡結(jié)構(gòu)層。使用兩個應力平衡結(jié)構(gòu)層，殘余應力和襯底翹曲情況有了更顯著提高，更適用于GaN同質(zhì)外延和芯片工藝。

需要說明的是，以上所述并非是對本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。