專利名稱：一種用于制造發(fā)光器件的硅基組合襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造發(fā)光器件的組合襯底，尤其涉及一種用于GaN基發(fā)光器件的組合襯底。
背景技術(shù)：
近年來，人們對包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)以及各類晶體管在內(nèi)的GaN基電子器件和光電器件進(jìn)行了大量研究，取得了很多成果。與采用GaAs或InP等材料制造的類似器件相比，由于GaN的寬帶隙、高擊穿場和高飽和速度燈優(yōu)點(diǎn)，GaN基電子器件提供了出色的高電壓、高功率、高溫度和高頻率操作。對于金屬氧化物場效晶體管(MOSFET)、金屬絕緣體場效晶體管(MISFET)、雙極結(jié)晶體管(BJT)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)等功率器件，它們利用了 GaN的寬帶隙、高擊穿場、高導(dǎo)熱率和高電子遷移率，得到了出色的器件性倉泛。但是，目前還沒有工業(yè)化生長的大尺寸、大批量生產(chǎn)的適合氮化鎵外延生長的單晶襯底，GaN材料只能外延生長在失配襯底上。目前，大多數(shù)GaN基半導(dǎo)體發(fā)光材料都是采用藍(lán)寶石、SiC或Si作為襯底，由于上述襯底與GaN晶格失配較大，且熱膨脹系數(shù)也不同，導(dǎo)致在上述襯底上生長的GaN外延層與襯底產(chǎn)生大量位錯缺陷，形成半導(dǎo)體發(fā)光材料的非輻射復(fù)合中心；同時，由于應(yīng)力的作用也限制了 GaN外延層的厚度和面積，從而對器件性能造成極大影響，降低了發(fā)光二極管或激光二極管的發(fā)光效率，減少了壽命。在藍(lán)寶石、SiC或Si襯底上形成GaN基半導(dǎo)體器件時，需要進(jìn)行GaN和AlGaN的異質(zhì)外延生長，為了調(diào)節(jié)GaN和襯底之間的晶格失配并且保持相對襯底的外延關(guān)系，一般方法是在生長GaN外延層之前，襯底上先生長低溫AlN或者GaN緩沖層。但是，具有低溫緩沖層的襯底對于制造LED、LD和其它器件來說具有很多明顯的局限性。例如無法形成垂直器件結(jié)構(gòu)，浪費(fèi)了晶片上的空間；另外，襯底與GaN之間較大的晶格失配，使得即使采用了低溫緩沖層，在該器件內(nèi)還是會產(chǎn)生程度很高的缺陷密度，導(dǎo)致器件的性能、產(chǎn)率和可靠性的降低。因此，本領(lǐng)域希望能找到一種方式，可以在藍(lán)寶石、SiC或Si襯底上大面積外延生長缺陷密度較低的GaN基材料，制成性能好、壽命長的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種加工方便、可降低位錯密度和大面積生長GaN外延層的用于制造發(fā)光器件的組合襯底。本發(fā)明的用于制造發(fā)光器件的硅基組合襯底，包括:單晶硅片；在單晶硅片上有一層非晶氮化硅層，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200 800nm，更優(yōu)選為300 500nm ；在非晶氮化硅層上有一層單晶氮化硅薄膜，單晶氮化硅薄膜包括多個周期性排列的陣列單元，單晶氮化硅薄膜的厚度優(yōu)選為10 30nm，每個陣列單元的尺寸優(yōu)選為200X 200nm2 1000X lOOOnm2，更優(yōu)選為 200X200nm2 400X400nm2，每個陣列單元之間的間隔優(yōu)選為50 300nm，更優(yōu)選100 200nm。本發(fā)明的組合襯底即可用于直接生長GaN外延層，從而制造發(fā)光器件。本發(fā)明通過光刻工藝將非晶氮化硅層上的單晶氮化硅薄膜刻蝕成若干個尺寸很小且周期性排列的陣列單元，由于非晶態(tài)的氮化硅層具有很好的伸展性，可以有效緩解襯底與GaN外延層之間晶格不匹配所引起的應(yīng)力；另外，由于用于生長GaN外延層的單晶氮化硅陣列單元的尺寸小且很薄，可以減少與GaN外延層的接觸面積，避免在大面積硅薄膜上所形成的應(yīng)力，并且單晶氮化硅薄膜陣列單元可屈從于GaN的晶格變化，當(dāng)單晶氮化硅薄膜陣列單元上生長的GaN達(dá)到一定厚度后，會向陣列單元的四周側(cè)向生長，最終將薄膜單元上生長的GaN連接起來，形成類似于以GaN單晶為襯底的生長模式。因此，本發(fā)明的組合襯底具有加工方便，成本低廉的特點(diǎn)。同時生長的GaN外延層中位錯密度非常低，可大面積生長較大厚度的GaN外延層。
具體實(shí)施例方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地理解本發(fā)明的用于制造發(fā)光器件的組合襯底，下面通過具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述其技術(shù)方案。本發(fā)明的用于制造發(fā)光器件的組合襯底，包括三層結(jié)構(gòu)，分別是單晶硅片、非晶氮化硅層和單晶氮化硅薄膜。其中單晶硅片是常規(guī)的用于制造發(fā)光器件的硅片，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的硅片相同，不再贅述。在單晶硅片上有一層非晶氮化硅層，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200 800nm，更優(yōu)選300 500nm。由于非晶態(tài)的氮化硅層具有很好的伸展性，因此該非晶氮化硅層可以有效緩解襯底與GaN外延層之間晶格不匹配所引起的應(yīng)力，從而提高器件穩(wěn)定性和壽命。在非晶氮化硅層上有一層單晶氮化硅薄膜，單晶氮化硅薄膜包括多個周期性排列的陣列單元，單晶氮化硅薄膜的厚度優(yōu)選為10 30nm。每個單晶氮化娃薄膜陣列單元的尺寸優(yōu)選為200X200nm2 1000 X IOOOnm2,更優(yōu)選為 200X200nm2 400X400nm2。每個單晶氮化硅薄膜陣列單元之間的間隔優(yōu)選為50 300nm，更優(yōu)選100 200nm。另外單晶氮化硅薄膜陣列單元的間隔以小于或等于所要生長GaN外延層厚度為佳。在本發(fā)明的組合襯底即可用于直接生長GaN外延層，從而制造發(fā)光器件。由于通過光刻工藝將很薄的單晶氮化硅薄膜刻蝕成若干個尺寸很小且周期性排列的陣列單元，從而可以減少與GaN外延層的接觸面積，避免在大面積硅薄膜上所形成的應(yīng)力，并且單晶氮化硅薄膜陣列單元可屈從于GaN的晶格變化，當(dāng)單晶氮化硅薄膜陣列單元上生長的GaN達(dá)到一定厚度后，會向陣列單元的四周側(cè)向生長，最終將薄膜單元上生長的GaN連接起來，形成類似于以GaN單晶為襯底的生長模式。因此，本發(fā)明的組合襯底具有加工方便，成本低廉的特點(diǎn)。同時生長的GaN外延層中位錯密度非常低，可大面積生長較大厚度的GaN外延層。以上實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明的思想及特點(diǎn)，其并不用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明所揭示的精神對其做出各種變型或組合，仍納入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造發(fā)光器件的硅基組合襯底，其特征在于， 所述組合襯底包括: 單晶硅片； 在單晶硅片上有一層非晶氮化硅層，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200 SOOnm ；在非晶氮化硅層上有一層單晶氮化硅薄膜，單晶氮化硅薄膜包括多個周期性排列的陣列單元，單晶氮化硅薄膜的厚度優(yōu)選為10 30nm，每個陣列單元的尺寸優(yōu)選為200 X 200nm2 1000 X lOOOnm2，每個陣列單元之間的間隔優(yōu)選為50 300nm。
2.按權(quán)利要求1所述的組合襯底，其特征在于，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200 800nm,更優(yōu)選為300 500nm。
3.按權(quán)利要求1所述的組合襯底，其特征在于，每個陣列單元的尺寸優(yōu)選為200 X 200nm2 400 X 400nm2。
4.按權(quán)利要求1所述的組合襯底，其特征在于，每個陣列單元之間的間隔優(yōu)選為100 200nmo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制造發(fā)光器件的硅基組合襯底，其包括單晶硅片；在單晶硅片上有一層非晶氮化硅層，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200～800nm；在非晶氮化硅層上有一層單晶氮化硅薄膜，單晶氮化硅薄膜包括多個周期性排列的陣列單元，單晶氮化硅薄膜的厚度優(yōu)選為10～30nm，每個陣列單元的尺寸優(yōu)選為200×200nm2～1000×1000nm2，每個陣列單元之間的間隔優(yōu)選為50～300nm。本發(fā)明的組合襯底具有加工方便，成本低廉的特點(diǎn)。同時生長的GaN外延層中位錯密度非常低，可大面積生長較大厚度的GaN外延層。
文檔編號H01L33/12GK103094438SQ201210442120
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者虞浩輝, 周宇杭 申請人:江蘇威納德照明科技有限公司