氮化物半导体层分离方法、半导体器件和晶片及制造方法技术

本发明专利技术涉及氮化物半导体层分离方法、半导体器件和晶片及制造方法。在氮化物半导体层的分离方法中，在第一衬底的表面上形成单层或者两层或更多层的石墨烯层。在石墨烯层上形成氮化物半导体层，使得氮化物半导体层借助由于其间界面处的原子级电势的规则性产生的结合力而不是利用共价结合被结合到石墨烯层。利用大于氮化物半导体层与石墨烯层之间的结合力的力或者利用大于石墨烯层的各层之间的结合力的力将氮化物半导体层与第一衬底分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物半导体层的分离方法、半导体器件及其制造方法。本专利技术还涉及半导体晶片及其制造方法。
技术介绍
作为半导体器件的常规制造方法，专利文献No. 1公开了一种LED(发光二极管) 的制造方法，其中在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、η型氮化物半导体层、有源层、P型氮化 物半导体层、η型接触层，从而形成半导体晶片。进一步地，蚀刻这些层以部分地除去η型 接触层、P型氮化物半导体层和有源层，并且暴露η型氮化物半导体层。然后，使用沉积方 法在η型氮化物半导体层的暴露的表面上以及在η型接触层的表面上形成Al (铝)电极。 其后，执行热处理以确保充分接触。使用MOCVD (金属有机化学汽相沉积)方法执行上述各层(即各半导体外延层) 的生长。使用这种方法，制造具有高发光效率的氮化物LED。近来，需要集成由不同材料形成的LED或者集成具有不同功能的半导体器件。为 此，优选的是将外延半导体层与蓝宝石衬底(称为第一衬底)分离，并且将半导体外延层固 定到另一衬底(称为第二衬底)。常规地，提出了一种激光剥离方法，其中激光束被照射到蓝宝石衬底的背面上，由 此分解蓝宝石衬底附近的氮化物半导体层，通过该方法可以将半导体外延层与蓝宝石衬底 分离。更具体地说，照射到蓝宝石衬底背面上的激光束使得GaN(氮化镓)在蓝宝石衬底和 氮化物半导体层的界面处分解成Ga(镓)和N(氮)。由于Ga的熔点在室温下，因此可以将 半导体外延层与蓝宝石衬底分离。然而，在该方法中，与蓝宝石衬底分离的半导体外延层的分离表面不具有足够的 平整度(即在纳米级)。为了利用分子间力将氮化物半导体外延层接合(join)到不同于第一衬底(蓝宝 石衬底)的第二衬底，优选的是半导体外延层的分离表面具有纳米级的平整度。如果(与 第一衬底分离的)半导体外延层的分离表面不具有纳米级的平整度，则不能获得足够的分 子间力(即接合力)。因此，在专利文献No. 1公开的方法中，需要在上述使用剥离方法的分离过程之后 执行表面处理来增强半导体外延层的分离表面的平整度。同时，已经主要针对在晶格匹配衬底上生长半导体层开发了半导体晶体生长技 术。近来，已经针对在晶格失配衬底上生长半导体层开发了非平衡外延生长技术，例如 MBE (分子束外延)或MOCVD (金属有机化学汽相沉积)。在这点上，例如，专利文献No. 2公 开了一种氮化物半导体器件的制造方法，其中在蓝宝石衬底的表面上形成非晶氮化物层和 GaN缓冲层的叠层，然后在该叠层上生长氮化物半导体层。然而，在专利文献No. 2公开的方法中，在氮化物半导体层和蓝宝石衬底之间存在 约10%的晶格失配。当进行晶体生长同时保持与衬底的共价结合(bonding)时，由于在界面处的这种晶格失配可能形成晶体缺陷。因此，在生长的氮化物半导体层的晶体特性增强 方面存在限制。在这点上，高质量和大直径的氮化物半导体晶片仍旧处于开发过程中。因此，对于 在晶格失配衬底上的高质量和大直径单晶体氮化物半导体的晶体生长技术已经存在需求。专利文献No. 1 日本特开专利公开物No. 2006-135311。专利文献No. 2 日本特开专利公开物No. H09-18053。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种氮化物半导体层的分离方法、半导体器件及其制造方法，该 制造方法能够有助于氮化物半导体层与衬底的分离。进一步地，本专利技术旨在提供一种半导体晶片及其制造方法，该制造方法能够通过 在晶格失配衬底上的晶体生长来产生基本上没有晶体缺陷的高质量的单晶体氮化物半导 体。本专利技术提供一种氮化物半导体层的分离方法。该分离方法包括以下步骤在第一 衬底的表面上生长单层或者两层或更多层形式的石墨烯(graphene)层，在该石墨烯层上 形成氮化物半导体层使得氮化物半导体层利用由于其间界面处的原子级电势(potential) 的规则性产生的结合力而不是利用共价结合被结合到石墨烯层，以及利用大于氮化物半导 体层与石墨烯层之间的结合力的力或者利用大于石墨烯层的各层之间的结合力的力将氮 化物半导体层与第一衬底分离。本专利技术还提供一种氮化物半导体器件的制造方法。该制造方法包括上述氮化物半 导体层的分离方法。该制造方法还包括将氮化物半导体层接合到第二衬底的表面的步骤。本专利技术还涉及一种半导体器件的制造方法，该制造方法包括以下步骤在第一衬 底的表面上生长单层或者两层或更多层形式的石墨烯层，在该石墨烯层上形成氮化物半导 体层使得氮化物半导体层利用由于其间界面处的原子级电势的规则性产生的结合力而不 是利用共价结合被结合到石墨烯层，将氮化物半导体层的表面接合到第二衬底的表面，以 及利用大于氮化物半导体层与石墨烯层之间的结合力的力将氮化物半导体层与第一衬底 分离。本专利技术还提供一种包括氮化物半导体层的半导体器件，该氮化物半导体层是通过 下述步骤形成的在第一衬底上的单层或者两层或更多层形式的石墨烯层上生长氮化物半 导体层使得氮化物半导体层利用由于其间界面处的原子级电势的规则性产生的结合力而 不是利用共价结合被结合到石墨烯层，利用大于氮化物半导体层与石墨烯层之间的结合力 的力或者利用大于石墨烯层的各层之间的结合力的力将氮化物半导体层与第一衬底分离， 以及将氮化物半导体层接合到第二衬底的表面。本专利技术还提供一种半导体晶片的制造方法，其中在半导体衬底的表面上生长单晶 体半导体层。该制造方法包括以下步骤在半导体衬底的表面上提供石墨烯层，以单晶体半 导体层的晶体的一个构成元素被吸附到石墨烯层的碳原子的蜂窝结构的中心部分并且该 晶体的另一构成元素被结合到该一个构成元素的方式在石墨烯层上形成单晶体半导体层 的第一层，以及在该第一层的表面上生长单晶体半导体层。本专利技术还提供一种半导体晶片，其中单晶体半导体层被生长在衬底的表面上。该半导体晶片包括衬底、在衬底的表面上提供的石墨烯层、以及在石墨烯层的表面上生长的 单晶体半导体层。该单晶体半导体层以这样的方式形成即单晶体半导体层的晶体的一个 构成元素被吸附到石墨烯层的碳原子的蜂窝结构的中心部分，并且该晶体的另一构成元素 被结合到该一个构成元素。由下文给出的详细描述，本专利技术的进一步的适用范围将变得明显。然而，应当理 解，详细描述和具体实施例尽管表示了本专利技术的优选实施例，但是仅被提供用于说明目的， 因为在本专利技术的精神和范围内的多种改变和变型将由该详细描述而对于本领域技术人员 变得明显。附图说明在附图中图IA是示出根据本专利技术的第一实施例的生长有石墨烯层的衬底的截面图；图IB是示出外延石墨烯层的结构的示意性透视图；图2是示出根据本专利技术的第一实施例的氮化物半导体衬底的制造方法的流程图；图3是示出根据本专利技术的第一实施例的具有氮化物半导体层的生长有石墨烯层 的衬底的截面图；图4A、4B和4C是分别示出根据本专利技术的第一实施例的氮化物半导体层的实例的 截面图；图5A和5B是分别示出根据本专利技术的第一实施例的氮化物半导体层的实例的截面 图；图6A和6B是分别示出根据本专利技术的第一实施例的氮化物半导体层的实例的截面 图；图7A是示出根据本专利技术的第一实施例的具有氮化物半导体层的生长有石墨烯层 的衬底的截面图，其中支撑体粘附层被提供在氮化物半导体层上；图7B是示出根据本专利技术的第一实施例的具有氮化物半导体层的生长有石墨烯层 的衬底的截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体层的分离方法，所述分离方法包括以下步骤：在第一衬底的表面上生长单层或者两层或更多层形式的石墨烯层；在所述石墨烯层上形成氮化物半导体层使得所述氮化物半导体层借助由于其间界面处的原子级电势的规则性产生的结合力而不是利用共价结合被结合到所述石墨烯层；以及利用大于所述氮化物半导体层与所述石墨烯层之间的所述结合力的力或者利用大于所述石墨烯层的各层之间的结合力的力将所述氮化物半导体层与所述第一衬底分离。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻原光彦，鹭森友彦，佐久田昌明，桥本明弘，
申请(专利权)人：日本冲信息株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]