專利名稱：氮化鎵基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基板的制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)是一種可將電流轉(zhuǎn)換成特定波長范圍的光電半導(dǎo)體元件。發(fā)光二極管以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與集成電路匹配、驅(qū)動簡單、壽命長等優(yōu)點，從而可作為光源而廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域。目前，藍光發(fā)光二極管主要是使用氮化鎵材料來作為發(fā)光材料。由于氮化鎵基板制作困難且價格高昂，大部份的廠商主要使用氧化鋁基板生產(chǎn)藍光發(fā)光二極管晶粒。然而， 由于氧化鋁基板的晶格常數(shù)(lattice constant)與氮化鎵的晶格常數(shù)不同，在成長氮化鎵薄膜時會產(chǎn)生晶格不匹配(lattice mismatch)的問題,使到基板與氮化鎵材料界面上產(chǎn)生大量的晶格缺陷與差排。為了降低晶格常數(shù)不同所造成的晶格缺陷與差排，一般是在氧化鋁基板表面成長一低溫的氮化鎵或氮化鋁鎵緩沖層(buffer layer)來減緩晶格的差異，以降低直接高溫成長時所產(chǎn)生的垂直方向晶格缺陷及差排密度。然而，這種方法仍會產(chǎn)生晶格缺陷及差排的存在。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有低成本的氮化鎵基板。一種氮化鎵基板的制作方法，其包括以下步驟在一個氮化鎵單晶基板中形成一層離子植入層，所述離子植入層將氮化鎵單晶基板分成第一部分和第二部分；利用接合金屬層將氮化鎵單晶基板與一個輔助基板連接在一起；加熱使離子植入層斷裂，使氮化鎵單晶基板的第二部分與輔助基板分離，并在輔助基板的表面留下氮化鎵單晶基板的第一部分，從而形成氮化鎵基板。由于氮化鎵單晶基板的晶體品質(zhì)較好，利用離子植入的方法從氮化鎵單晶基板中分離出氮化鎵單晶基板的第一部分，并利用該部分氮化鎵薄膜來生長氮化物系半導(dǎo)體材料，所生長的氮化物系半導(dǎo)體材料的晶格缺陷將較少。又由于氮化鎵單晶基板的生產(chǎn)成本較高，一個氮化鎵單晶基板可分離出多層氮化鎵薄膜，充分利用每一層氮化鎵薄膜去生長氮化物系半導(dǎo)體材料，這無疑會降低氮化物系發(fā)光二極管晶粒的生產(chǎn)成本。下面參照附圖，結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述。


圖I是本發(fā)明實施例所提供的氮化鎵單晶基板的截面示意圖。圖2是在圖I上形成覆蓋層的截面示意圖。圖3是在圖2上形成離子植入層的截面示意圖。圖4是在圖3上形成第一接合金屬層的截面不意圖。
圖5是本發(fā)明實施例所提供的輔助基板的截面示意圖。圖6是將氮化鎵單晶基板與輔助基板相連接的截面示意圖。圖7是加熱使離子植入層分解從而使氮化鎵單晶基板與輔助基板分離的截面示 意圖。圖8是對氮化鎵單晶基板遺留在輔助基板上的第一部分進行表面處理后的截面 示意圖。主要元件符號說明氮化鎵單晶基板110第一部分111第二部分112覆蓋層120離子植入層130第一接合金屬層140輔助基板210第二接合金屬層220接合金屬層310氮化鎵薄膜150
具體實施例方式圖I-圖8為本發(fā)明的氮化鎵基板的制作過程示意圖。如圖I所示，首先提供一個氮化鎵單晶基板110。該氮化鎵單晶基板110可通過氫化物氣相外延生長(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)、氨熱法(Ammonothermal Method)或者金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organicChemical Vapor DePosition, M0CVD)的方法制成。該氮化鎵單晶基板110的厚度在幾十微米到幾百微米的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，該氮化鎵單晶基板110的厚度為20微米到500微米之間。如圖2所示，在氮化鎵單晶基板110上形成一層覆蓋層120。該覆蓋層120可以是氮化硅(Si3N4、SiNx)或者是氧化硅(Si02、Si0x)。該覆蓋層120用以控制表面潔凈度，后續(xù)離子植入過程中的離子植入深度與覆蓋層120的厚度有關(guān)。覆蓋層120的厚度越薄，則離子植入的深度越深。如圖3所示，在氮化鎵單晶基板110形成有覆蓋層120的表面進行離子植入，從而在氮化鎵單晶基板Iio中形成一層離子植入層130。所述離子植入層130將氮化鎵單晶基板110分成第一部分111和第二部分112。在本實施例中，所植入的離子為氫離子，植入的能量大于lOOkeV，植入的濃度大于I X IO15cnT2，即每平方厘米的半導(dǎo)體材料表面，氫離子植入的數(shù)量大于I X IO15個。并且，離子植入層130在氮化鎵單晶基板110上植入的深度大于 I微米，即第一部分111的厚度大于I微米。離子植入的能量與深度有關(guān)，且離子植入的濃度對晶格中原子鍵結(jié)的破壞程度有關(guān)。離子植入的濃度越高，晶格破壞的程度越高，即原子鍵結(jié)結(jié)合力變?nèi)?。如圖4所示，在覆蓋層120上形成一層第一接合金屬層140。該第一接合金屬層 140可以是鉻金屬材料(ChiOmium)，其通過電子束蒸鍍、等離子蒸鍍等方式形成在覆蓋層
4120 上。如圖5所示，另外提供一個輔助基板210，該輔助基板210可以是硅(Si)基板、氧化鋁(Al2O3)基板或者是氮化鋁(AlN)基板。然后在輔助基板210上形成一層第二接合金屬層220。該第二接合金屬層220也可以是鉻金屬材料，其通過電子束蒸鍍、等離子蒸鍍等方式形成在輔助基板210上。如圖6所不,將第一接合金屬層140和第二接合金屬層220相互結(jié)合,從而形成接合金屬層310使氮化鎵單晶基板110和輔助基板210連接在一起。在第一接合金屬層140 和第二接合金屬層220結(jié)合的同時可進行熱處理，以加強第一接合金屬層140和第二接合金屬層220之間的結(jié)合力。另外，所述熱處理的過程可以在含氨氣的環(huán)境下進行。在較高的溫度下，所述氨氣使金屬氮化，形成金屬氮化物，如鉻金屬經(jīng)氮化后形成氮化鉻。該金屬氮化物的形成可降低第一接合金屬層140以及輔助基板210接合時對氮化鎵單晶基板110 晶格結(jié)構(gòu)的影響。如圖7所示，加熱使離子植入層130斷裂。由于在高濃度的離子植入?yún)^(qū)域中氮化鎵單晶基板110的原子鍵結(jié)被破壞，因此鍵結(jié)結(jié)合力較弱，使其容易在高溫下形成空穴而產(chǎn)生斷裂，從而使氮化鎵單晶基板110的第二部分112與輔助基板210脫離，并在輔助基板 210的表面留下氮化鎵單晶基板110的第一部分111，從而形成具有輔助基板210的氮化鎵基板。如圖8所示，根據(jù)需要，在輔助基板210的表面留下氮化鎵單晶基板110的第一部分111后，可以對遺留在輔助基板表面的氮化鎵單晶基板110的第一部分111進行研磨、拋光或者化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polish, CMP)。氮化鎵單晶基板110的第一部分111經(jīng)研磨、拋光后，形成厚度不小于IOOnm的氮化鎵薄膜150，用以繼續(xù)生長氮化物系半導(dǎo)體材料。在后續(xù)的過程中，氮化物系半導(dǎo)體材料可在具有輔助基板210的氮化鎵薄膜 150表面上進行生長。由于氮化鎵單晶基板110與氮化物系半導(dǎo)體材料具有較好的晶格匹配性能，因而在氮化鎵單晶基板110上生長的氮化物系半導(dǎo)體材料將具有較少的晶格缺陷。然而，氮化鎵單晶基板110的制作過程較為復(fù)雜，其成本較高。若直接采用氮化鎵單晶基板110作為基板生長氮化物系半導(dǎo)體材料從而形成發(fā)光二極管晶粒，其成本也較高。而在本發(fā)明的上述實施例中，首先在氮化鎵單晶基板110上形成一層離子植入層130。然后將氮化鎵單晶基板110與輔助基板210相結(jié)合。最后加熱使離子植入層130斷裂從而在輔助基板210表面遺留下氮化鎵單晶基板110的第一部分111。該第一部分111即為形成輔助基板210表面的一層氮化鎵薄膜。利用從氮化鎵單晶基板110分割下來的部分氮化鎵薄膜150用以生長氮化物系半導(dǎo)體材料，由于上述氮化鎵薄膜是從氮化鎵單晶基板110中分割出來的，其必然會保留氮化鎵單晶基板Iio晶體品質(zhì)較好的優(yōu)點，從而使在氮化鎵薄膜150表面上生長的氮化物系半導(dǎo)體材料具有較少的晶格缺陷。并且，由于一個氮化鎵單晶基板110可分割成多個氮化鎵薄膜，并利用該多個氮化鎵薄膜分別生長氮化物系半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地，所制得的發(fā)光二極管晶粒的生產(chǎn)成本也降低。根據(jù)需要，在離子植入完成即離子植入層130形成在氮化鎵單晶基板110后，可以去除覆蓋層120。然后直接在氮化鎵單晶基板110的表面形成第一接合金屬層140。然后再繼續(xù)后續(xù)的過程。
應(yīng)該指出，上述實施方式僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基板的制作方法，其包括以下步驟在一個氮化鎵單晶基板中形成一層離子植入層，所述離子植入層將氮化鎵單晶基板分成第一部分和第二部分；利用接合金屬層將氮化鎵單晶基板與一個輔助基板連接在一起；加熱使離子植入層斷裂，使氮化鎵單晶基板的第二部分與輔助基板分離，并在輔助基板的表面留下氮化鎵單晶基板的第一部分，從而形成氮化鎵基板。
2.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，離子植入層的形成過程包括在氮化鎵單晶基板表面形成一層覆蓋層；在氮化鎵單晶基板的形成有覆蓋層的表面進行離子植入，形成離子植入層。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，在離子植入層形成后，去除所述覆蓋層。
4.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述離子植入層中所植入的離子為氫離子。
5.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述離子植入層在氮化鎵單晶基板中植入的深度大于I微米。
6.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，利用接合金屬層將將氮化鎵單晶基板與輔助基板連接在一起的步驟包括在氮化鎵單晶基板的表面形成一層第一接合金屬層；在輔助基板表面形成一層第二接合金屬層；使第一接合金屬層和第二接合金屬層結(jié)合形成接合金屬層。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，在第一接合金屬層和第二接合金屬層結(jié)合的同時對第一接合金屬層和第二接合金屬層層進行熱處理。
8.如權(quán)利要求7所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述熱處理的過程在含氨氣的環(huán)境下進行，從而使第一接合金屬層和第二接合金屬層氮化。
9.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述輔助基板選自硅基板、氧化鋁基板和氮化鋁基板其中之一。
10.如權(quán)利要求I所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，在輔助基板的表面留下氮化鎵單晶基板的第一部分后，對輔助基板的表面的氮化鎵單晶基板的第一部分進行研磨、拋光或者化學(xué)研磨處理，形成一后續(xù)供外延生長用的氮化鎵薄膜。
11.如權(quán)利要求10所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述氮化鎵薄膜的厚度不小于lOOnm。
12.如權(quán)利要求6所述的氮化鎵基板的制作方法，其特征在于，所述第一接合金屬層和第二接合金屬層為鉻金屬材料制成。
全文摘要
一種氮化鎵基板的制作方法，其首先在一個氮化鎵單晶基板中形成一層離子植入層從而將氮化鎵單晶基板分成兩個部分，然后利用接合金屬層將氮化鎵單晶基板與輔助基板連接在一起，最后通過加熱使離子植入層形成斷裂，使氮化鎵單晶基板與輔助基板分離。同時，氮化鎵單晶基板將在輔助基板的表面留下一層氮化鎵薄膜，從而形成氮化鎵基板。利用從氮化鎵單晶基板中分離出來的氮化鎵薄膜來生長氮化物系半導(dǎo)體材料，其生產(chǎn)成本較低并且所生長的半導(dǎo)體材料晶格缺陷較少。
文檔編號H01L21/02GK102610705SQ201110025728
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者曾堅信 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司