复合晶片以及功能元件制造技术

技术编号:10860511 阅读:55 留言:0更新日期:2015-01-01 11:09
本实用新型专利技术提供一种包括蓝宝石基板以及设置在所述蓝宝石基板上的氮化镓晶体层的复合晶片。复合晶片为4英寸或6英寸晶片,复合晶片为4英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+150μm,在1000℃下的翘曲为-80~+50μm;复合晶片为6英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+200μm,在1000℃下的翘曲为-100~+80μm。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种包括蓝宝石基板以及设置在所述蓝宝石基板上的氮化镓晶体层的复合晶片。复合晶片为4英寸或6英寸晶片,复合晶片为4英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+150μm,在1000℃下的翘曲为-80~+50μm;复合晶片为6英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+200μm,在1000℃下的翘曲为-100~+80μm。【专利说明】复合晶片以及功能元件
本专利技术涉及一种复合晶片以及功能元件。
技术介绍
近年来,人们在积极研究使用氮化镓等的13族元素氮化物制作蓝色LED和白色LED、蓝紫色半导体激光等的半导体设备,并将该半导体设备应用于各种电子仪器。以往的氮化镓系半导体设备主要通过气相法制作。具体地讲,在蓝宝石基板和碳化硅基板上通过有机金属气相沉积法(MOVPE)等使氮化镓的薄膜异质外延生长而制作。此时,由于基板与氮化镓薄膜之间的热膨胀系数和晶格常数差异较大,因此氮化镓会产生高密度的位错(结晶中晶格缺陷的一种)。因此,以气相法难以得到位错密度低的高品质氮化镓。 助熔剂法是液相法的一种,氮化镓的情况下,通过将金属钠用作助熔剂,可将氮化镓的结晶生长所必需的温度缓和为800°C左右,压力缓和为数MPa。具体地,在金属钠与金属镓的混合熔液中溶解氮气,使氮化镓变为过饱和状态而生长为结晶。此种液相法中,较之于气相法难以发生位错,因此可以得到位错密度低的高品质氮化镓。 作为利用Na助熔剂法制备GaN模板的方法,本 申请人:申请了专利文献1(日本专利特开 2010-168236)、专利文献 2 (W02013/022122)、专利文献 3 (W02013/021804)、专利文献 4(W02013/022123)。 此外,为了矫正GaN自支撑基板的翘曲,在专利文献5 (日本专利特开2005-136167)中记载了按顺序研磨GaN自支撑基板的表面和背面。 (现有技术文献) 专利文献1:日本专利特开2010-168236 专利文献2:W02013/022122 专利文献3:TO2013/021804 专利文献4:W02013/022123 专利文献5:日本专利特开2005-136167 专利文献6:日本专利特许第4301251 专利文献7:日本专利特开2010-219353 专利文献8:日本专利特许第4380791 专利文献9:日本专利特表2005-506271 专利文献10:日本专利特开2009-111423 专利文献11:日本专利特开2006-332714
技术实现思路
本专利技术人已经研究了使用通过助熔剂法制备的低位错GaN模板,通过MOCVD法成膜,形成用于实现LED和功率器件的功能的结构。GaN模板基板为支撑基板上设置有晶种层以及氮化镓晶体层的基板,其上成为进一步形成功能层的模板。 具体而言,使用在表面平坦的蓝宝石基板上通过有机金属化学气相沉积生长(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n)方法等使氮化镓晶体层成膜制备得到的晶种基板,进一步在其上通过助熔剂法在生长温度800°C?900°C下使氮化镓晶体层生长,可制备最外表面具备低位错密度的氮化镓晶体层的GaN模板。此外,为了均衡GaN模板上成膜形成的功能元件,对GaN模板的蓝宝石基板进行研磨加工,减少GaN模板的翘曲。 本专利技术人已经尝试过使用这种GaN模板,通过MOCVD法制造LED结构。然而,此时在高温气氛(例如1000°c以上)中发光元件结构成膜时会产生发光波长分布,发现可得到期望发光波长的区域的面积比减小。 本专利技术人对产生这种发光波长分布的原因进行了研究。结果意外地发现,虽然对蓝宝石基板的背面进行研磨加工能使室温下的GaN模板的翘曲减小,但却使发光波长分布增加。这是由于发光层成膜时在发光层内产生组成分布。 本专利技术的课题在于,在包括蓝宝石基板以及蓝宝石基板上结晶生长的氮化镓晶体层的复合晶片上形成13族元素氮化物功能层,抑制功能层的变化。 本专利技术涉及一种复合晶片,其特征在于,该复合晶片包括蓝宝石基板以及设置在所述蓝宝石基板上的氮化镓晶体层,复合晶片为4英寸或6英寸晶片,复合晶片为4英寸晶片时,在25°C下的翘曲为+20?+150 μ m,在1000°C下的翘曲为-80?+50 μ m ;复合晶片为6英寸晶片时,在25°C下的翘曲为+20?+200 μ m,在1000°C下的翘曲为-100?+80 μ m。 此外,本专利技术涉及一种功能元件,其特征在于,该功能元件具备所述复合晶片以及在所述氮化镓晶体层上通过气相法形成的13族元素氮化物功能层。 例如,使用助熔剂法,在生长温度800°C?900°C下会使氮化镓晶体层生长,但通过MOCVD法等的气相法在复合晶片上形成功能层时,由于温度提高到1000°C,复合晶片会产生翘曲,产生功能层的组成分布,其结果导致功能的变化。 基于这一发现,本专利技术人想到不消除室温下复合晶片的翘曲,而是刻意残留适当大小的翘曲。如此,发现可以抑制下次功能层成膜时的组成分布,抑制功能的变化,实现本专利技术。 【专利附图】【附图说明】 图1 (a)表示蓝宝石基板I上形成氮化镓晶体层2的状态,图1 (b)表示研磨图1 (a)的氮化镓晶体层2的表面2a后得到的氮化镓晶体层3,图1 (c)表示复合晶片4。 图2 (a)表示在复合晶片4上设置功能层6形成的功能元件5,图2 (b)表示在复合晶片4上设置功能层6A形成的功能元件5A。 图3(a)是用于说明复合晶片的翘曲的测定方法的模式图,表示的是正翘曲。图3(b)是用于说明复合晶片的翘曲的测定方法的模式图,表示的是负翘曲。 【具体实施方式】 专利技术的【具体实施方式】 以下,适当地参照附图,对本专利技术作详细说明。 最开始,对本专利技术人探讨的复合晶片的问题点进行说明。 首先,如图1(a)所示,在蓝宝石基板I的主表面Ia上形成晶种层10。然后,在晶种层10上形成氮化镓晶体层2。其次,如图1(b)所示,研磨氮化镓晶体层2的表面2a,得到研磨后的氮化镓晶体层3。3a为研磨表面。 将以这种方式得到的复合基片14通过例如助熔剂法成膜,此时会由于冷却产生翘曲。这种翘曲在一般情况下如图3(a)模式所示,蓝宝石基板在下方时,上侧为凸状。这样的翘曲被认为会对复合晶片上进一步气相法成膜时产生不利影响。 因此,如图1 (C)所示,本专利技术人通过充分研磨蓝宝石基板I的底面lb,形成研磨后的支撑基板1A。如此,可以成功地向支撑基板的组织导入加工应力,成功地使如图3(a)所示状态的凸状的翘曲几乎消失。Ic为研磨表面。 本专利技术人尝试将这种方式得到的几乎无翘曲的复合晶片进行成膜步骤,形成发光元件。根据现有技术的引导,这样应当能够获得优质的发光元件。 然而,实际形成的发光元件的发光强度远未达到预定值的范围,整体发光效率降低,发光强度的变化增大。 本专利技术人对其原因进行了探讨,结果得到以下假设:由于成膜时施加的热变化,产生图3(b)所示状态的凹状的翘曲,这会引起成膜组成的变化,结果导致发光强度的分布的扩大。 基于这个假设,本专利技术人发现在功能元件成膜之前,通过将复合晶片在室温以及1000本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种复合晶片,其特征在于,该复合晶片包括蓝宝石基板以及设置在所述蓝宝石基板上的氮化镓晶体层, 所述复合晶片为4英寸或6英寸晶片,所述复合晶片为4英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+150μm,在1000℃下的翘曲为‑80~+50μm;所述复合晶片为6英寸晶片时,在25℃下的翘曲为+20~+200μm,在1000℃下的翘曲为‑100~+80μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:今井克宏岩井真坂井正宏吉野隆史
申请(专利权)人:日本碍子株式会社
类型:新型
国别省市:日本;JP

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