[发明专利]制造用于外延生长基于镓的III-N合金层的衬底的方法

说明书

本发明涉及生产用于外延生长基于镓的III‑N合金层的衬底的方法，所述方法包括以下连续步骤：‑提供单晶碳化硅供体衬底(10)；‑将离子物质植入到所述供体衬底(10)中以形成限定待转移的单晶SiC薄层(11)的弱化区域(12)；‑经由接合层(21)将所述供体衬底(10)接合到第一受体衬底(20)上；‑沿着所述弱化区域(12)分离所述供体衬底(10)以将所述SiC薄层(11)转移到所述第一受体衬底(20)上；‑在所述SiC薄层(11)上外延生长厚度大于1μm的半绝缘SiC层(30)；‑将所述半绝缘SiC层(30)接合到第二受体衬底(40)上，所述第二受体衬底(40)具有高电阻率；‑去除所述接合层(21)的至少一部分以分离所述第一受体衬底(20)；‑去除被转移的单晶SiC薄层(11)以露出所述半绝缘SiC层(30)。

技术领域

本发明涉及制造用于外延生长基于镓的III-N合金层(即，氮化镓(GaN)层、氮化铝镓(AlGaN)层或氮化铟镓(InGaN)层)的衬底的方法，涉及制造这种III-N合金层的方法以及涉及用于在这种III-N合金层中制造高电子迁移率晶体管(HEMT)的方法。

背景技术

III-N半导体(特别是氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铟镓(InGaN))似乎是特别有前景的，特别是关于形成高功率发光二极管(LED)和在高频下工作的电子器件，诸如，高电子迁移率晶体管(HEMT)或其它场效应晶体管(FET)。

就这些III-N合金难以以大尺寸的块状衬底的形式找到而言，它们通常通过异质外延(heteroepitaxy)，即，通过在由不同材料制成的衬底上外延来形成。

这种衬底的选择特别是考虑了衬底材料与III-N合金之间晶格参数的差异和热膨胀系数的差异。具体地，这些差异越大，在III-N合金层中形成晶体缺陷(诸如，位错)的风险就越大，并且产生易于引起过度应变的高机械应力的风险就越大。

最常考虑用于III-N合金的异质外延的材料是蓝宝石和碳化硅(SiC)。

除了其晶格参数与氮化镓的较小差异之外，碳化硅对于高功率电子应用是特别优选的，因为其热导率明显高于蓝宝石的热导率，并且因此允许在部件操作期间产生的热能更容易地耗散。

在射频(RF)应用中，寻求使用半绝缘碳化硅，即，电阻率通常高于或等于10⁵Ω.cm的碳化硅，以便使衬底中的寄生损耗(通常称为RF损耗)最小化。然而，这种材料是特别昂贵的，并且目前只能以有限尺寸的衬底形式获得。

硅将使得制造成本显著降低，并且可以取得大尺寸的衬底，但是硅上III-N合金类型的结构受到超过20GHz的RF传播损耗和不良散热的不利影响。

复合结构(诸如，SopSiC或SiCopSiC结构)也已经被研究[1]，但尚未证明是完全令人满意的。这些结构分别包括在多晶SiC衬底上的单晶硅层或单晶SiC层(旨在形成用于氮化镓的外延生长的晶种层)。尽管多晶SiC是廉价的材料，其可以以大尺寸的衬底的形式获得并且良好地散热，但是这些复合结构由于在单晶硅或SiC层与多晶SiC衬底之间的交界面处存在氧化硅层而受到不利影响，该氧化硅层形成阻碍热从III-N合金层向多晶SiC衬底耗散的热障。

发明内容

因此，本发明的一个目的是补救上述缺点以及特别是与半绝缘SiC衬底的尺寸和成本相关的限制。

因此，本发明的目的是提供一种制造用于外延生长基于镓的III-N合金的衬底的方法，特别是以形成RF损耗被最小化并且散热被最大化的HEMT或其它高频、高功率电子器件。

为此，本发明提供了一种制造用于外延生长氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铟镓(InGaN)层的衬底的方法，所述方法包括以下连续步骤：

-提供单晶碳化硅供体衬底，