[发明专利]陶瓷衬底的氮化镓基芯片及制造方法

说明书

技术领域

本发明揭示生长在陶瓷衬底的氮化镓基芯片(包括半导体发光二极管)及制造的方法和工艺，属于半导体电子技术领域。

背景技术

目前，蓝宝石衬底是生长氮化镓基芯片(包括半导体发光二极管(LED)、氮化镓基高电子迁移率晶体管，等)的通用的生长衬底，关于这一技术路线，已有数千项专利。为了制造垂直结构的氮化镓基芯片，通用的方法是采用激光剥离的方法剥离蓝宝石，已有多项专利覆盖这一技术。

但是，蓝宝石衬底与氮化镓基外延层之间的晶格常数的匹配较差，热胀系数的匹配较差，蓝宝石衬底的热导率低和价格高，剥离蓝宝石衬底的工艺复杂。

因此，需要不同的技术路线，即，生长在不同的衬底上的氮化镓基芯片及批量生产的方法，由此得到的氮化镓基芯片具有晶格常数匹配好，热胀系数匹配好、导热率高、价格低、剥离生长衬底的工艺简单，等优点。

发明内容

本发明提供生长在陶瓷衬底上的氮化镓基芯片及制造的方法，克服了蓝宝石衬底的氮化镓基芯片的缺点，具有晶格常数的匹配好、热胀系数的匹配较好、导热率高、价格低、剥离生长衬底的工艺简单，等优点。

本发明的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的组成部分包括，陶瓷衬底、缓冲层和氮化镓基外延层。缓冲层形成在陶瓷衬底和氮化镓基外延层之间。

其中，陶瓷衬底包括，氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底、氮化硅陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化铍陶瓷衬底。对陶瓷衬底进行等离子(plasma)处理或激光处理。

缓冲层的结构是下述结构之一：(1)低温氮化铝层；(2)高温氮化铝层；(3)成份分层结构；(4)中间媒介层；(5)上述的结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合。其中，结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合包括，(a)依次形成的低温氮化铝层和高温氮化铝层；(b)依次形成的低温氮化铝层和成份分层结构；(c)依次形成的中间媒介层和低温氮化铝层；(d)依次形成的中间媒介层和高温氮化铝层；(e)依次形成的中间媒介层和成份分层结构；(f)依次形成的低温氮化铝层、高温氮化铝层和成份分层结构；(g)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和高温氮化铝层；(h)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和成份分层结构；(i)依次形成的中间媒介层、高温氮化铝层和成份分层结构；(j)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、高温氮化铝层和成份分层结构；(k)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、成份分层结构和高温氮化铝层。

形成低温氮化铝层和高温氮化铝层的方法包括，对铝表面进行氮化的方法、金属有机物化学气相淀积炉外延生长、分子束外延生长、溅射(sputtering)。其中，采用金属有机物化学气相淀积炉外延形成低温氮化 铝层时，温度在400℃至600℃；形成高温氮化铝层时，温度在900℃至1100℃。低温氮化铝层的厚度在埃到微米的范围。

在成份分层结构的不同深度，两种成份铝和镓之间的比例不同。成份分层结构包括，氮化镓-铝镓氮-氮化铝(Al_xGa_1-xN)分层结构，其中0≤X≤1。一个实施例，设置氮化镓-铝镓氮-氮化铝(Al_xGa_1-xN)外延层的与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层相接触的表层的各种成份之间的比例使得氮化镓-铝镓氮-氮化铝外延层与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层之间的应力最小。一个实施例：先低温(400℃至600℃)生长氮化铝(Al_xGa_1-xN)(其中，x＝1)到预定的厚度，然后，升高温度(900℃至1100℃)，逐渐加入镓(1-x)，逐渐减少铝(x＜1)，继续生长，继续逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。一个实施例：高温(900℃至1100℃)生长氮化铝(x＝1)到预定的厚度，然后，开始逐渐加入镓(1-x)，相应的减少铝(x＜1)，继续生长，并逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。