本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別是涉及一種電光器件。
背景技術：
氮化鎵材料的研究與應用是全球半導體研究的熱點，是研制半導體器件的新型半導體材料，被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之后的第三代半導體材料。氮化鎵具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩(wěn)定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)等性質和強的抗輻照能力，在半導體器件領域有著廣闊的應用前景。例如氮化鎵基晶體管。
形成氮化鎵基的半導體器件，必須先選擇一種襯底來形成氮化鎵層。目前有的采用硅(Si)襯底，有的采用藍寶石襯底，有的采用碳化硅(SiC)襯底，亦有采用GaN襯底。
藍寶石襯底、碳化硅襯底、以及GaN襯底，它們在成本、供應量及尺寸方面都有缺點。雖然硅襯底是最吸引的低成本襯底，但使用也有困難，生長的氮化鎵品質不高。例如會形成瑕疵及變形，這是因為硅襯底與氮化鎵層之間在晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)方面本質上不匹配。
目前，無論哪一種均無法滿足的越來越高的需求，襯底性能還有待于進一步提高，以有利于形成低成本、高質量的氮化鎵基晶體管。
技術實現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對現(xiàn)有的氮化鎵基晶體管成本高、質量差的問題，提供一種包含高質量、低成本的氮化鎵基晶體管的電光器件。
一種電光器件，包括：
復合襯底，包括硅襯底層以及鍵合在所述硅襯底層上的藍寶石襯底層；
開關結構層，由生長在所述藍寶石襯底層上的氮化鎵晶體形成；
以及器件主體結構，包括鍵合于所述硅襯底層上的電光晶體層。
上述電光器件，由于采用氮化鎵基晶體管的開關結構層，與Si基晶體管相比，可以降低待機功耗并且可以提高工作頻率。上述電光器件中的開關結構層，采用藍寶石襯底層與硅襯底層鍵合而成的復合襯底，這樣可以在藍寶石襯底層上生長高質量的氮化鎵晶體，從而有利于獲得高質量的開關結構層，進而有利于制造出性能優(yōu)異的電光器件；同時該復合襯底的硅襯底層，可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與現(xiàn)有的硅襯底工藝兼容；另外，還避免使用大尺寸的藍寶石片，可以有效降低開關結構層以及電光器件的成本。
在其中一個實施例中，所述電光晶體層由鉭酸鋰晶體制成。
在其中一個實施例中，所述電光晶體層由鈮酸鋰晶體制成。
在其中一個實施例中，所述復合襯底還包括生長在所述藍寶石襯底層上的硅膜；所述藍寶石襯底層通過所述硅膜與所述硅襯底層鍵合。
在其中一個實施例中，所述硅膜的厚度為1～5μm。
在其中一個實施例中，所述藍寶石襯底層的厚度為20μm。
在其中一個實施例中，所述硅襯底層的厚度為600～1500μm。
在其中一個實施例中，所述開關結構層包括氮化鎵場效應管。
在其中一個實施例中，所述氮化鎵基場效應管為氮化鎵基高電子遷移率晶體管。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一實施例的電光器件的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
參見圖1，本發(fā)明一實施例的電光器件100，包括復合襯底110、器件主體結構130、以及開關結構層120。
具體地，復合襯底110包括硅襯底層111以及鍵合在硅襯底層111上的藍寶石襯底層112。
其中，藍寶石襯底層112，其主要目的是，用于生長高質量的氮化鎵，進而形成開關結構層120；也就是說，氮化鎵是生長在復合襯底110的藍寶石襯底層112上，開關結構層120位于復合襯底110靠近藍寶石襯底層112的一側。
其中，硅襯底層111的主要作用是，用于支撐藍寶石襯底層112，同時支撐器件主體結構130。
其中，藍寶石襯底層112以及硅襯底層111鍵合在一起形成復合襯底110。
在本文中，鍵合(bonding)是指：將兩片表面清潔、原子級平整的同質或異質材料在一定條件下直接結合，通過范德華力、分子力甚至原子力使晶片鍵合成為一體。
由于本發(fā)明的復合襯底110通過鍵合形成，故藍寶石襯底層112以及硅襯底層111之間的結合力很強，其鍵合強度可高達12MPa。
優(yōu)選地，硅襯底層111由直徑大于等于6英寸硅晶片的制成。例如選用6英寸的硅晶片，或者8英寸的硅晶片。
更具體地，在本實施例中的硅襯底層111由直徑6英寸厚1300μm的硅晶圓制成。
優(yōu)選地，藍寶石襯底層112的厚度為20μm。這樣既可以保證在復合襯底110上生長形成良好的氮化鎵，又可以確保復合襯底110具有良好的導熱性。
優(yōu)選地，復合襯底110還包括生長在藍寶石襯底層112上的硅膜113；藍寶石襯底層112通過硅膜113與硅襯底層111鍵合。
其中，硅膜113的厚度為1～5μm。這樣可以進一步促進藍寶石襯底層112與硅襯底層111鍵合，增強復合襯底110的性能。
以下對本發(fā)明的復合襯底的制備過程進行簡述。
本發(fā)明的復合襯底的制備方法，包括如下步驟：
S1、將藍寶石片與硅晶片鍵合，形成鍵合體。
優(yōu)選地，藍寶石片與硅晶片采用Si-Si直接鍵合(SDB—Silicon Direct Bonding)工藝鍵合。
具體地，Si-Si直接鍵合工藝為在藍寶石片上生長硅膜113；然后將硅膜113和硅晶片鍵合，從而將藍寶石片與硅晶片鍵合在一起，得到鍵合體300。
采用Si-Si直接鍵合工藝，不需要任何粘結劑和外加電場，并且工藝簡單，更為重要的是，采用Si-Si直接鍵合工藝形成的復合襯底其性能較優(yōu)。
優(yōu)選地，硅膜113的生長為氣相外延生長。也就是說，采用氣相外延生長的方法在藍寶石片上生長硅膜。這樣形成的硅膜113的晶型較好，有利于與硅晶片的鍵合。
更優(yōu)選地，在氣相外延生長中，硅源為SiH4，載氣為氫氣。
氣相外延生長可以采用本領域公知的氣相外延生長工藝，在此不再贅述。
具體地，鍵合的步驟依次包括預鍵合、低溫鍵合、高溫鍵合三個子步驟。
其中，預鍵合優(yōu)選為：將硅膜113以及硅晶片表面清洗干凈，在室溫下真空加力鍵合。
低溫鍵合優(yōu)選為：將預鍵合后的產(chǎn)物，在氧氣或氮氣環(huán)境中，在低溫(一般為100～200℃)下鍵合。
低溫鍵合優(yōu)選為：將低溫鍵合后的產(chǎn)物，在氧氣或氮氣環(huán)境中，在高溫(1000℃以上)鍵合數(shù)小時。
具體地，鍵合的操作為：分別將硅晶片、硅膜113的表面擦拭去除粉塵等顆粒雜質，后用甲苯、丙酮和乙醇溶液超聲清洗5～10min，然后在稀釋的氫氟酸溶液中活化10s，活化之后用去離子水沖洗。接著用去離子水、雙氧水與氨水配置的清洗液清洗，在用去離子水、雙氧水與鹽酸配置的清洗液清洗。將清洗之后的硅晶片、帶硅膜113的藍寶石片甩干。
將甩干之后的硅晶片、帶硅膜113的藍寶石片放入鍵合裝置中加壓預鍵合。
然后將預鍵合之后的產(chǎn)物取出，在氧化擴散爐中，在100～200℃下鍵合10min，然后迅速升溫至1000℃以上鍵合1h。
S2、將鍵合體中的藍寶石片減薄，得到復合襯底。
優(yōu)選地，減薄為研磨拋光減薄。
具體地，研磨拋光減薄可以采用本領域技術人員所公知的研磨拋光減薄工藝。在此不再贅述。
其中，開關結構層120的主要作用是，驅動并控制器件主體結構130工作。開關結構層120位于復合襯底110靠近藍寶石襯底層112的一側。
具體地，開關結構層120包括氮化鎵基場效應管(GaN FET)。也就是說，通過生長在藍寶石襯底層112上的氮化鎵晶體形成場效應管(FET，F(xiàn)ield Effect Transistor)。
更優(yōu)選地，GaN FET為GaN-HEMT，也即GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)。
開關結構層120的具體結構可以采用本領域所公知的結構，開關結構層120的制作方法亦可以采用本領域公知的GaN FET或GaN-HEMT的制作方法。
其中，器件主體結構130，是電光器件100的核心部件。在器件主體結構130中通過電場作用改變光。具體地，器件主體結構130形成藍寶石襯底層112上。
具體地，器件主體結構130包括電光晶體層，電光晶體層與硅襯底層111鍵合，也就是說，電光晶體層鍵合于硅襯底層111上。
在本實施例中，電光晶體層由鉭酸鋰晶體制成。也就是說，電光器件100為鉭酸鋰基電光器件。當然，可以理解的是，本發(fā)明的電光器件并不局限于鉭酸鋰基，還可以是鈮酸鋰基(也即電光晶體層由鈮酸鋰制成)
當然，可以理解的是，器件主體結構130還包括其它功能層(例如覆蓋層等)以及電極(未示出)等。當然，可以理解的是，本發(fā)明對器件主體結構130的具體結構不進行限定，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的器件主體結構130的具體結構。
上述電光器件，由于采用氮化鎵基的晶體管的控制基本，與Si基晶體管相比，可以降低待機功耗并且可以提高工作頻率。上述電光器件中的開關結構層，采用藍寶石襯底層與硅襯底層鍵合而成的復合襯底，這樣可以在藍寶石襯底層上生長高質量的氮化鎵晶體，從而有利于獲得高質量的開關結構層，進而有利于制造出性能優(yōu)異的電光器件；同時該復合襯底的硅襯底層，可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與現(xiàn)有的硅襯底工藝兼容；另外，還避免使用大尺寸的藍寶石片，可以有效降低開關結構層以及電光器件的成本。
以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。