[发明专利]SOI上的氮化镓半导体器件及其制造工艺

权利要求书

1.一种装置，包括：

透明衬底；

接合至所述透明衬底的单晶硅层；以及

设置在所述单晶硅层上的单晶氮化镓层。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明衬底和接合至所述透明衬底的所述单晶硅层能耐受用于在所述单晶硅层上生长所述单晶氮化镓层的约750℃或更高的处理温度。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理温度约为1000℃或更高。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单晶硅层具有111取向。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单晶硅层约为1-130nm厚。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单晶硅层可由之间具有接缝的分离小片形成，在这些接缝中生长了单晶氮化镓。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明衬底由从由以下材料组成的组中选择的材料形成：玻璃、玻璃-陶瓷以及透明陶瓷。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述透明衬底是玻璃或玻璃陶瓷，且按顺序包括体材料层、浓度增大的正离子层、浓度减小的正离子层，其中所述浓度增大的正离子层包含从所述浓度减小的正离子层迁移而来的基本上所有的改性剂正离子；以及

导电或半导电的氧化物层位于所述衬底的浓度减小的正离子层与所述单晶硅层之间。

9.一种LED结构，包括：

透明衬底；

接合至所述透明衬底的单晶硅层；以及

在所述单晶硅层上生长的单晶氮化镓层，其中所述氮化镓层包括形成LED的n型掺杂层和p型掺杂层。

10.一种形成半导体结构的方法，包括：

将单晶硅层接合至透明衬底；以及

在所述单晶硅层上生长单晶氮化镓层。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述单晶氮化镓层利用以下工艺中的一种或多种来生长：有机-金属汽相外延、金属有机化学汽相沉积、分子束外延、氢化物汽相外延以及脉冲激光沉积。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括当在所述单晶硅层上生长所述单晶氮化镓层时，将所述透明衬底和接合至所述透明衬底的所述单晶硅层的温度升高至约750℃或更高。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述温度约为1000℃或更高。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述单晶氮化镓层利用脉冲激光沉积来生长。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述脉冲激光沉积在约25到700℃之间的温度下进行。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括利用多个单晶硅小块形成所述单晶硅层，以使一个或多个毗邻小块之间存在一个或多个接缝。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括通过允许所述单晶氮化镓的至少某些通过横向外延至少部分填充毗邻小块之间的至少某些所述接缝，以填充至少某些所述接缝。

18.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括利用多个微米尺寸的单晶硅小块形成所述单晶硅层。

19.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

对供体单晶硅晶片的注入表面进行离子注入工艺，以产生所述供体半导体晶片的剥离层；

利用电解将所述剥离层的所述注入表面接合至所述透明衬底；

将所述剥离层从所述供体硅晶片分离以产生接合至所述透明衬底的所述单晶硅层。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述接合步骤包括：

对所述透明衬底和所述供体硅晶片中的至少一个加热；

使所述透明衬底与所述供体硅晶片直接或通过所述剥离层间接接触；以及

在所述透明衬底和所述供体硅晶片上施加电压电势以引发所述接合。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括保持所述接触、加热以及电压，以使：(i)氧化物层在所述透明衬底上形成于所述供体硅晶片与所述透明衬底之间；以及(ii)包括基本上所有改性剂正离子的所述透明衬底的正离子从所述供体硅晶片的较高电压电位迁移开，从而形成：(1)所述透明衬底中毗邻所述供体硅晶片的浓度减小的正离子层；以及(2)所述透明衬底中毗邻所述浓度减小的正离子层的浓度增大的正离子层。