復合基板、其制造方法、功能元件以及晶種基板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種13族元素氮化物復合基板的制作方法、通過該方法制作的外延晶片以及電子器件。
【背景技術】
[0002](助熔劑法)
[0003]通過作為液相法之一的助熔劑法，能夠得到位錯密度低的氮化鎵單晶基板。利用助熔劑法使GaN單晶生長時，一般情況下，使用晶種，以晶種為起點，使GaN生長。生長用基板使用通過M0CVD法、HVPE法等氣相法在藍寶石基板上生長了 1?20 μ m左右的晶種層而得到的晶片(晶種基板)(專利文獻1)。
[0004](M0CVD 法)
[0005]正在積極采用如下方法:代替現有的藍寶石基板，在硅基板上，通過有機金屬化學氣相生長(M0CVD)法將氮化物半導體成膜，形成大功率器件結構、LED元件結構。硅基板的優點是能夠獲得大尺寸的晶片。
[0006](復合基板)
[0007]制作藍色LED、藍紫色半導體激光器和功率半導體等半導體器件時，可以使用將基底基板和包含氮化鎵等III族氮化物的基板貼合而得的復合基板(專利文獻2)。
[0008]使用氮化鎵薄膜的大功率器件、LED元件，在元件形成工序后，從提高散熱性的觀點考慮，一般做法是將硅基板、藍寶石基板磨薄，并貼合在熱傳導性更高的氧化鋁、A1N多晶基板等上。
[0009]現有技術文獻
[0010]非專利文獻
[0011]非專利文獻1:(通過 M0CVD 法得到的 Si 基 GaN):“High power AlGaN/GaNHFET with a high breakdown voltage of over 1.8kV on 4inch Si substratesand the suppress1n of current collapse,,，Nariaki Ikeda，Syuusuke Kaya, JiangLi, Yoshihiro Sato,Sadahiro Kato，Seikoh Yoshida，Proceedings of the 20thInternat1nal Symposium on Power Semiconductor Devices&IC’ s May 18-22，20080ralando，FL”，pp.287-290
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:TO2010/084675
[0014]專利文獻2:日本特開2012 — 124473號公報
【發明內容】
[0015]在使用硅基板的情況下，特別是用于大功率器件用途時，為了制成高耐壓器件，必須將GaN、AlGaN、A1N等復雜地層疊而形成多層膜結構，在其上厚厚地形成GaN層(非專利文獻1)。而且，在硅基板上通過M0CVD法形成的GaN薄膜難以降低位錯密度。
[0016]如果想要通過助熔劑法獲得大尺寸的晶片，則需要與該晶片尺寸相同程度或更大尺寸的晶種基板。與藍寶石基板相比，硅基板能夠容易且廉價地獲得大尺寸的晶片，所以如果能夠通過M0CVD法在硅基板上形成GaN薄膜，制成晶種基板，則對工業是有用的。但是，一般來說，使用帶硅基板的晶種基板時，難以通過助熔劑法獲得GaN單晶。原因在于硅容易溶解在用作助熔劑的鈉中，進而，如果助熔劑中的硅濃度升高，則GaN結晶的培養速度極度降低，GaN結晶幾乎不生長。實際上，將使用硅基板的晶種基板用于通過助熔劑法培養單晶GaN時，硅基板完全熔融在助熔劑中，幾乎看不到GaN單晶的生長。另外，容易想象即使能夠盡量抑制硅熔融，只要有微量的硅溶解在助熔劑中，就會作為不希望的雜質混入GaN結晶中，所以難以控制GaN單晶的載流子濃度。
[0017]本發明涉及以下內容。
[0018](1) 一種復合基板，其特征在于，包括:
[0019]多晶陶瓷基板，
[0020]硅基板，直接接合于所述多晶陶瓷基板，
[0021]晶種膜，包含13族元素氮化物，通過氣相法設置在所述硅基板上，以及，
[0022]氮化鎵結晶層，通過助熔劑法在該晶種膜上結晶生長而成。
[0023](2)根據(1)所述的復合基板，其特征在于，上述13族元素氮化物為氮化鎵。
[0024](3)根據(1)或(2)所述的復合基板，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化鋁或者氮化鋁形成。
[0025](4)根據(1)?(3)中任意一項所述的復合基板，其特征在于，上述硅基板被薄層化。
[0026](5)根據(4)所述的復合基板，其特征在于，所述硅基板被薄層化至厚度為0.2微米?8微米。
[0027](6) 一種功能元件，其特征在于，包括:
[0028](1)?(5)中的任一項所述的復合基板，以及，
[0029]功能層，包含13族元素氮化物，通過氣相法形成在所述氮化鎵結晶層上。
[0030](7)根據(6)所述的功能元件，其特征在于，上述功能層具有發光功能。
[0031](8) 一種復合基板的制造方法，其特征在于，包括:
[0032]成膜工序，在將多晶陶瓷基板和硅基板直接接合而成的復合基板的所述硅基板上，通過氣相法形成晶種膜，所述晶種膜包含13族元素氮化物；以及，
[0033]培養工序，通過助熔劑法，在所述晶種膜上培養氮化鎵結晶層。
[0034](9)根據(8)所述的方法，其特征在于，上述13族元素氮化物為氮化鎵。
[0035](10)根據(8)或(9)所述的方法，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化鋁或者氮化鋁形成。
[0036](11)根據⑶?(10)所述的方法，其特征在于，包括:將所述硅基板薄層化的工序。
[0037](12)根據(11)所述的方法，其中，所述硅基板被薄層化至厚度為0.2微米?8微米。
[0038](13) 一種晶種基板，其特征在于，包括:
[0039]多晶陶瓷基板，
[0040]硅基板，直接接合于所述多晶陶瓷基板，以及，
[0041]晶種膜，包含13族元素氮化物，通過氣相法設置在所述硅基板上。
[0042](14)根據(13)所述的晶種基板，其特征在于，上述13族元素氮化物為氮化鎵。
[0043](15)根據(13)或(14)所述的晶種基板，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化鋁或者氮化鋁形成。
[0044](16)根據(13)?(15)所述的晶種基板，其特征在于，上述硅基板被薄層化。
[0045](17)根據(16)所述的晶種基板，其特征在于，所述硅基板被薄層化至厚度為0.2微米?8微米。
[0046]通過直接接合，將氧化鋁、A1N的多晶陶瓷基板貼合在硅基板上，進行復合化，使用這樣得到的基底基板，優選將該硅基板加工成薄板，然后，通過氣相法(特別是M0CVD法)在硅面上形成包含13族元素氮化物的晶種膜。以該基板為晶種基板，應用助熔劑法。由此，在應用助熔劑法時阻礙生長的硅不會接觸助熔劑，能夠在GaN薄膜上厚厚地形成結晶性良好的液相法GaN，制成GaN模板基板(復合基板)。
[0047]進而，優點是:通過硅基板和多晶陶瓷基板的復合化，能夠抑制在13族元素氮化物厚膜生長時產生的應力所導致的翹曲、裂紋。因此，即使為了通過M0CVD法在硅基板上制作高耐壓大功率器件而需要形成厚的GaN層的情況下，也能夠大幅簡化或省略復雜的多層應力緩和層，能夠提高生產率。
[0048]如上所述，使用在廉價且尺寸大的硅基板和多晶陶瓷基板復合化而成的基底基板上使氮化鎵生長而得的晶種基板，能夠獲得結晶性良好的GaN模板基板。結果，不使用通常使用的昂貴的單晶SiC，就能夠提尚LED、大功率器件的性能，進而提尚散熱性。
[0049]進而，因為通過在將硅基板和多晶陶瓷基板復合化而成的基底基板的硅上設置晶種膜，將硅基板的兩側的主面用多晶陶瓷和晶種膜被覆，所以，能夠抑制在利用助熔劑法進行結晶培養時硅基板被熔液溶解的情況。對硅基板實施薄層化加工時，防溶解效果進一步
[0050]特別是將該硅基板薄層化的情況下，不必對硅基板的側面進行被覆，就能夠將硅基板與熔液的接觸限制在最小限度，所以能夠降低制造成本。
【附圖說明】
[0051]圖1(a)是表示在多晶陶瓷基板上形成了硅基板1的狀態的示意圖，圖1(b)是表不基底基板7的不意圖，圖1(c)是表不晶種基板8的不意圖。
[0052]圖2(a)是表示復合基板9的示意圖，圖2(b)是表示發光元件10的示意圖。
【具體實施方式】
[0053]如圖1 (a)所示，將硅基板1直接接合于多晶陶瓷基板2。lb是硅基板與多晶陶瓷基板的接合面，la是露出的主面，7是露出的側面。接下來，如圖1(b)所示，對硅基板1進行薄層化加工，形成薄層化的硅基板1A。lc是實施了薄層化的硅基板的加工面，7A是露出的側面。由該硅基板1A和多晶陶瓷基板2形成基底基板7。
[0054]接下來，如圖1 (c)所示，在硅基板1A的加工面lc上形成晶種膜3，得到晶種基板8。
[0055]接下來，如圖2(a)所示，在晶種膜3上，通過助熔劑法形成氮化鎵結晶層4，得到GaN模板基板(復合基板)9。接下來，根據需要，在GaN模板基板9上形成發光元件結構5，得到功能元件10(圖2(b))。
[0056]作為多晶陶瓷基板2，可以舉出氧化鋁、氮化鋁等。
[0057]作為多晶陶瓷基板和硅基板的接合方法，例如可以對兩基板進行研磨，照射氬氣電子束，在真空中使研磨面彼此接觸，并施加載荷而進行直接接合。
[0058]優選通過對硅基板進行薄層化加工，將厚度降低至例如8 μπι以下。作為薄層化加工，優選研磨加工。薄層化加工后的硅基板的厚度優選為8 μπι以下，更優選為3 μπι以下。通過像這樣地減薄硅基板，硅基板的側面向熔液中溶解的情況得到顯著抑制。
[0059]另外，從薄層化加工的觀點考慮，被薄層化的硅基板的厚度通常為0.2 μπι以上，優選為0.5 μπι以上。
[0060]沒有對硅基板進行薄層化加工的情況下，也可以通過盡可能減薄最初與多晶陶瓷基板接合階段的硅基板來抑制硅基板的側面與熔液的接觸。這種情況下，也優選硅基板的厚度在30 μ m以下。
[0061]另外，在硅基板上形成晶種膜時，也可以使硅基板的側面也被晶種膜被覆，防止硅基板露出。
[0062]在硅基板上，通過氣相法設置包含13族元素氮化物的晶種膜。
[0063]晶種膜可以為一層，或者也可以在基底基板