復合襯底的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的引用
[0002] 當前申請要求美國臨時申請No. 61/978, 184和61/978, 185的權益，兩者都在2014 年4月10日提交，并且兩者都通過引用合并于此。
技術領域
[0003] 本公開通常涉及襯底，并且更具體地涉及配置用于改善其上的半導體層的外延生 長的復合襯底。
【背景技術】
[0004] 在半導體結構和器件的外延生長中，需要引發半導體材料生長的襯底，并且該襯 底充當用于生長的半導體層的支撐。襯底的性質對外延生長的半導體層的質量起關鍵作 用。例如，襯底與在其上外延生長的半導體材料之間的晶格失配引起應力并且可以導致半 導體材料中的位錯的形成。位錯可以顯著地使襯底上形成的半導體器件（例如發光二極管 (LED))的性能惡化。另外，襯底與外延生長層之間的熱膨脹系數的差可以在半導體層中引 起應力。最后，假設襯底具有低的總熱阻，則襯底可以用于器件的高效熱管理。因此，最優 選地，襯底應當由與要在其上外延生長的相同材料制成。襯底和外延生長層具有相同材料 的情況稱為同質外延。
[0005] 可惜的是，一些廣泛使用的化合物半導體材料（諸如，氮化鎵（GaN)以及其它第三 族氮化物）在它們的體（bulk)制造中有重大問題。以單晶晶片形式的體材料的生產可以 是如此挑戰并且昂貴的以至于其不適合于工業級制造。在這種情況下，必須使用異質襯底 (也稱為異相襯底），即，由不同于要在其上外延生長的材料的材料制成的襯底。然而，盡管 仔細地優化用于要生長的實際半導體材料的襯底材料，但是（即使并非不可能）也很難完 全消除晶格失配和異質襯底與要在其上生長的材料之間的熱膨脹差的不利影響。為了避免 這些不期望的作用，已經開發了用于不同材料的外延生長的不同種類的半導體模板。模板 典型地是調節為具有覆蓋層的異質襯底的多層外延結構，該覆蓋層由優化用于稍后的半導 體器件結構的外延生長的材料制成。通過使用這種模板，例如，GaN器件可以在藍寶石襯底 上生長。盡管這種模板改善外延層的質量，但是還不能夠充分地抑制熱機械應力的產生。
【發明內容】
[0006] 鑒于【背景技術】，發明人認識到需要用于提供用于在其上外延生長高質量化合物半 導體的襯底的有效和/或低成本的解決方案。
[0007] 本發明的方面提供了配置用于在其上外延生長半導體層的復合襯底。復合襯底包 括由具有不同熱膨脹系數的不同材料制成的多個襯底層。半導體層的材料的熱膨脹系數可 以在襯底層材料的熱系數之間。復合襯底可以具有配置為減小在針對使用異質結構制造的 器件的工作溫度和/或室內溫度下的半導體層內的拉伸應力量的復合熱膨脹系數。
[0008] 本發明的第一方面提供了制造異質結構的方法，該方法包括：獲得包括多個襯底 層的復合襯底，其中多個襯底層包括由具有第一熱膨脹系數的第一材料制成的第一襯底層 和由具有不同于第一熱膨脹系數的第二熱膨脹系數的第二材料制成的第二襯底層；在復合 襯底上外延地生長具有第三熱膨脹系數的半導體層，其中第三熱膨脹系數大于或等于第一 熱膨脹系數并且小于或者等于第二熱膨脹系數，并且其中對復合襯底的復合熱膨脹系數進 行選擇以減小在下列溫度中的至少一個下的半導體層內的拉伸應力量：針對使用異質結構 制造的器件的工作溫度或者室內溫度。
[0009] 本發明的第二方面提供了一種方法，該方法包括：制造用于器件的異質結構，該制 造包括：基于要在復合襯底上外延生長的半導體層的材料選擇用于復合襯底的多個襯底層 中的每一個的材料和厚度，其中該選擇包括選擇用于具有第一熱膨脹系數的第一襯底層的 第一材料和用于具有不同于第一熱膨脹系數的第二熱膨脹系數的第二襯底層的第二材料， 其中半導體層的材料的第三熱膨脹系數大于或等于第一熱膨脹系數并且小于或者等于第 二熱膨脹系數，并且其中復合襯底的復合熱膨脹系數配置為減小在下列溫度中的至少一個 下的半導體層內的拉伸應力量：針對使用異質結構制造的器件的工作溫度或者室內溫度； 制造包括多個襯底層的復合襯底；以及在復合襯底上外延地生長半導體層。
[0010] 本發明的第三方面提供一種異質結構，該異質結構包括：包括多個襯底層的復合 襯底，其中多個襯底層包括由具有第一熱膨脹系數的第一材料制成的第一襯底層和由具有 第二熱膨脹系數的第二材料制成的第二襯底層，第二熱膨脹系數不同于第一熱膨脹系數； 以及直接在復合襯底上外延地生長的復合襯底上的具有第三熱膨脹系數的半導體層，其中 第三熱膨脹系數大于或等于第一熱膨脹系數并且小于或者等于第二熱膨脹系數，并且其中 復合襯底的復合熱膨脹系數基本上與半導體膜的平均溫度熱膨脹系數匹配。
[0011] 本發明的說明性方面設計為解決此處描述的問題中的一個或者多個和/或此處 未討論的一個或者多個其它問題。
【附圖說明】
[0012] 通過結合描繪本發明各種方面的附圖進行的本發明各種方面的下列詳細說明將 更容易理解本公開的這些特性以及其它特性。
[0013] 圖1示出了根據實施例的說明性復合襯底的示意圖。
[0014] 圖2示出了根據實施例包括復合襯底的說明性異質結構的示意圖。
[0015] 圖3示出了根據實施例包括任意數量的襯底層的說明性復合襯底的示意圖。
[0016] 圖4示出了根據實施例的說明性復合襯底的示意圖。
[0017]圖5示出了根據實施例的說明性發射器件的示意圖。
[0018]圖6示出了根據實施例的說明性晶體管的示意圖。
[0019]圖7示出了根據實施例用于制造電路的說明性流程圖。
[0020] 注意，附圖可以不按比例。附圖旨在描繪僅本發明的典型方面，并且因此不應該被 看作對本發明范圍的限制。在附圖中，相同標號表示附圖之間的相同元素。
【具體實施方式】
[0021] 如上面所指出的，本發明的方面提供了配置用于在其上外延生長半導體層的復合 襯底。復合襯底包括由具有不同熱膨脹系數的不同材料制成的多個襯底層。半導體層的材 料的熱膨脹系數可以在襯底層材料的熱系數之間。復合襯底可以具有配置為減小在針對使 用異質結構制造的器件的工作溫度和/或室內溫度下的半導體層內的拉伸應力量的復合 熱膨脹系數。如此處使用的，除非另作說明，術語〃組〃意味著一個或者多個（即，至少一 個）以及短語"任何解決方案"意味著現在任何已知或者稍后開發的解決方案。
[0022] 轉到附圖，圖1示出了根據實施例的說明性復合襯底10A的示意圖，而圖2示出了 根據實施例的包括復合襯底10B的說明性異質結構20的示意圖。參照圖1和圖2,如所圖 示的，每個復合襯底10A、10B分別包括多個襯底層12A、12B以及12C-12E的層壓制件。每 個復合襯底10A、10B包括兩個或更多個不同襯底材料的襯底層12A-12E。在此程度上，對于 復合襯底10A，襯底層12A由與用于形成襯底層12B的材料不同的材料制成。類似地，對于 復合襯底10B，每個襯底層12C-12E可以由不同材料制成，或者襯底層12C-12E中的最多兩 個可以由相同材料制成。
[0023] 可以使用任何解決方案將兩個緊密相鄰的襯底層（諸如襯底層12A、12B)剛性地 彼此附接。例如，可以使用接合材料14將襯底層12A、12B彼此附接。在這種情況下，可以 將接合材料14涂敷至襯底層12A、12B中的一個或者兩者的表面，該襯底層12A、12B可以隨 后壓在一起。可以利用任何接合材料14,其可以基于使用任何解決方案接合的襯底層12A、 12B的材料進行選擇。在實施例中，接合材料14是二氧化硅，其涂敷在襯底層12A、12B之 間，并且復合襯底10A可以隨后加熱和/或經受升高的壓力。然而，應當理解，可以利用其 它合適的接合材料14。無論如何，特定接合材料14必須能夠承受用于生長半導體異質結構 的生長溫度。
[0024] 另外，可以基于使用化合物襯底10