氮化物半导体模板及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种氮化物半导体模板及其制作方法。氮化物半导体模板包括一具有一第一热膨胀系数的承载基板、一具有一第二热膨胀系数的氮化物半导体层以及一接合层，且第一热膨胀系数不同于第二热膨胀系数。配置于承载基板上的氮化物半导体层至少有10μm厚。氮化物半导体层在第一表面比上第二表面的一差排密度比值可由0.1至10。接合层配置于承载基板与氮化物半导体层之间以使氮化物半导体层贴合至承载基板上。第二表面接近氮化物半导体层与接合层之间的一界面，而第一表面距离第二表面10μm。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体模板及其制造方法，且特别是涉及一种氮化物半导体模板 及其制造方法。
技术介绍
日前，氮化物半导体已被广泛地使用在具有短波长的光电元件以及具有高能量的 高频元件中。不过，基于氮化镓(GaN)基板的制作相当困难以及氮化镓基板的价钱相当昂 贵等原因，将氮化镓层形成于例如为蓝宝石基板等异质基板的一种氮化镓模板被发展出 来。虽然氮化镓层可以借着异质外延的技术成功地形成于上述的异质基板上，但是氮化镓 层的特性可能会因而受到负面的影响。举例来说，形成于异质基板上的氮化镓层可能因而 弯曲或是碎裂。既然昂贵的氮化镓基板会造成制作工艺成本的增加，而通过异质外延技术所形成 的现有氮化镓模板在特性上又不甚理想，必须发展出新的氮化镓模板及其制作方法以提高产能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以解决上述问题。本专利技术的一实施例提出一种氮化物半导体模板，其包括承载基板、氮化物半导体 层以及接合层。承载基板具有第一热膨胀系数。氮化物半导体层配置于承载基板上。氮化 物半导体层的厚度至少为10 μ m,且氮化物半导体层具有第二热膨胀系数，而第二热膨胀系 数不同于第一热膨胀系数。接合层配置于承载基板以及氮化物半导体层之间以将氮化物半 导体层贴附于承载基板上，其中氮化物半导体层在第一表面的差排密度比上氮化物半导体 层在第二表面的差排密度的比值由0. 1至10，而第二表面接近于氮化物半导体层与接合层 之间的交界且第一表面至少距离第二表面10 μ m。本专利技术的另一实施例提出一种氮化物半导体模板的制作方法，其包括以下步骤。 在氮化物半导体基板的表面上进行图案化制作工艺以形成结构层，其中氮化物半导体基板 具有第一热膨胀系数，且结构层包含多个纳米柱。在结构层上进行外延制作工艺以形成氮 化物半导体层，而氮化物半导体层具有至少10 μ m的厚度。进行接合制作工艺以借着接合 层将氮化物半导体基板上的氮化物半导体层贴附于承载基板上。承载基板具有第二膨胀系 数，且第二热膨胀系数实质上不同于第一热膨胀系数。进行冷却制作工艺以使氮化物半导 体层在结构层附近由结构层上自行脱离。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图 作详细说明如下。附图说明图IA至图1G、图2A至图2B以及图3至图5绘示为本专利技术的一实施例的氮化物半4导体模板的制作方法。主要元件符号说明10 介质层12 顶部20 金属层22 纳米球100无支撑氮化镓102结构层104纳米柱106保护层106，材料层108孔隙108，凹口110氮化镓层110，材料层112第一侧114第二侧120接合层122第一接合层124第二接合层130承载基板150复合结构200氮化镓模板H:高度S 研磨面具体实施例方式在此，本专利技术实施例使用的氮化物半导体基板或是氮化物半导体层一类的名词 中，「氮化物半导体」是指包含了氮化镓(GaN)的三族半导体材料，例如氮化镓、氮化镓铝 (AWaN)、氮化镓铟(InGaN)或是氮化铟镓铝(AWaInN)等。在本专利技术描述的实施例中，皆 以氮化镓为例进行说明，而可了解的是，凡是本领域的通常知识者可用以实现本专利技术的材 料的选择都是本专利技术的范围而并不限于上述材质。本专利技术的特点及方法将更具体地在以下 例子中呈现，但本专利技术不限于此。图IA至图1G、图2A至图2B以及图3至图5绘示为本专利技术的一实施例的氮化物 半导体模板的制作方法。请先参照图1A，预备一无支撑(free-standing)氮化镓基板100。 无支撑氮化镓基板100的直径与厚度例如为2时以及350μπι。一般而言，无支撑氮化镓基 板100的成长面上具有一平均差排密度，其约为107cm2。之后，请参照图1B，在无支撑氮化镓基板100的表面上依序地形成介质层10以及 金属层20。在一实施例中，介质层10的材质包括二氧化硅或是氮化硅，而金属层20的材质包括镍、铁或钴。介质层10的厚度以及金属层20的厚度例如分别为3000 A-5000 A以及 100 A-400 A0然后，请参照图IB与图1C，在金属层20上进行一退火制作工艺以在介质层10上 形成多个纳米球22。在本实施例中，退火制作工艺的制作工艺温度为700°C至950°C。纳米 球22的直径约为50nm至400nm。随后，请同时参照图IC以及图1D，使用纳米球22为光掩 模进行蚀刻制作工艺以形成纳米柱104，各纳米柱104被二氧化硅材质的顶部12遮盖。在 本实施例中，各纳米柱104的高度H例如由0. 8 μ m至1. 3 μ m。随之，通过蚀刻制作工艺移 除二氧化硅材质的顶部12以暴露出如图IE中所绘示的纳米柱104。请参照图IF与图1G，形成IOnm至200nm厚的二氧化硅层106 ’以覆盖纳米柱104， 并接着通过另一蚀刻制作工艺移除部分的二氧化硅层106’，暴露出纳米柱104的顶部而形 成保护层106。至此，结构层102已完成。值得一提的是，形成结构层102时所使用的蚀刻 制作工艺以及图案化制作工艺可包括任何有关于干式蚀刻制作工艺、湿式蚀刻制作工艺、 光刻制作工艺或是其他本领域中所使用的制作工艺。请继续参照图1G，结构层102包括多个纳米柱104。纳米柱104的侧壁被保护层 106覆盖而其顶部被暴露出来，因而定义出多个凹口 108’。此外，纳米柱104可随机地或是 规则地分布。在一实施例中，纳米柱104的分布面积实质上为无支撑氮化镓基板100上表 面面积的30 %至45 %。此外，保护层106的材料可以是二氧化硅、氮化硅、氮化钛或是氮化钽。接着，请参照图2A，在结构层102上进行外延制作工艺以形成一材料层110 ‘。 外延制作工艺包括氢化物气相外延制作工艺(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 分子束外延制作工艺(Molecular Beam Epitaxy, MBE)或是金属有机气相外延制作工艺 (metal-organic vapor-phase epitaxy,MOVPE)。值得注意的是，如图 2A所示，材料层 110’ 由纳米柱104未被保护层106所覆盖的顶部侧向成长而成的。之后，材料层110’在纳米柱 104上方接合(coalesced)而形成图2B所绘示的氮化镓层110。另外，结构层102与氮化 镓层110之间形成有多个孔隙108。氮化镓层110的特点在于其厚度以及其平均差排密度的分布情形。如图2B所示， 氮化镓层110的厚度设计例如符合以下条件氮化镓层110需具有足够的厚度以使第一表 面112接合在一起，同时这样的厚度应不至于太厚而使氮化镓层110与纳米柱104之间的 界面造成裂痕。具体而言，氮化镓层110的厚度例如为10 μ m至25 μ m，这样的厚度设计有 助于后续元件的形成。此外，本实施例所使用的无支撑氮化镓基板100具有高结晶品质，所 以由结构层102侧向成长而形成的氮化镓层110中，平均差排的减小程度并非十分显著。举 例而言，若无支撑氮化镓基板100的成长面具有的平均差排密度为IXlOVcm2，则淡化镓层110的第二表面114所具有的平均差排密度例如降低至5. 5 X IOfVcm2但一般不低于IX IO6/2cm 。随后，请参照图3以及图4，通过接合层120进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化物半导体模板，其特征在于，该氮化物半导体模板包括：承载基板，具有第一热膨胀系数；氮化物半导体层，配置于该承载基板上，该氮化物半导体层的一厚度至少为１０μｍ，且该氮化物半导体层具有第二热膨胀系数，该第二热膨胀系数不同于该第一热膨胀系数；以及接合层，配置于该承载基板以及该氮化物半导体层之间以将该氮化物半导体层贴附于该承载基板上，其中该氮化物半导体层在一第一表面的一差排密度比上该氮化物半导体层在一第二表面的该差排密度的一比值由０．１至１０，而该第二表面接近于该氮化物半导体层与该接合层之间的一交界且该第一表面至少距离该第二表面１０μｍ。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡政达，刘柏均，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71