CN101710567A - 具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件及其制造方法。该氮化镓基半导体的支撑衬底在膨胀系数、形变方面可以很好的与氮化镓基半导体外延层结合，支撑衬底与氮化镓基半导体外延层有较好的膨胀系数匹配，同时不易碎裂和形变，且具有良好的导体属性。具体方案为：该氮化镓基半导体器件包括用于支撑氮化镓基半导体外延层的支撑衬底，所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜的石墨衬底。本发明主要用于氮化镓基外延层的LED半导体器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN基半导体器件及其制造方法。
背景技术
氮化镓基半导体器件的制造工艺中，目前广泛采用一种倒装技术来生产垂直电极结构的半导体芯片，即在生长衬底上生长氮化镓基半导体外延层后，将外延片倒装到支撑衬底上，然后剥离掉生长衬底。这样生产出来的半导体芯片的支撑衬底作为电路的一部分。
在上述过程中需要用到的支撑通常为成本较为低的硅衬底或者是导热性更好的金属衬底。支撑衬底的选择，要考虑到导热导电性以及衬底与氮化镓外延层的膨胀系数，同时还要考虑衬底的脆性。硅衬底导热导电性不如金属衬底好，且如果很薄的话又很脆。金属衬底则具有良好的导电性，但是其延展性太强，在操作过程中容易发生形变，薄的金属支撑衬底不能对氮化镓外延层形成较好的支撑。以上支撑衬底作为支撑衬底还存在一些缺陷，如与氮化镓基外延层的膨胀系数匹配的问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，该氮化镓基半导体的支撑衬底在膨胀系数、形变方面可以很好的与氮化镓基半导体外延层结合，支撑衬底与氮化镓基半导体外延层有较好的膨胀系数匹配，同时不易碎裂和形变，且具有良好的导体属性。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供上述半导体器件的制造方法，该方法制造的氮化镓基半导体的支撑衬底在膨胀系数、形变方面可以很好的与氮化镓基半导体外延层结合，支撑衬底与氮化镓基半导体外延层有较好的膨胀系数匹配，同时不易碎裂和形变，且具有良好的导体属性。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提出一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，包括用于支撑氮化镓基半导体外延层的支撑衬底，所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜的石墨衬底。
优选地：所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为15％～25％的铜的石墨衬底。
优选地：所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为20％的铜的石墨衬底。
为了解决本发明第二个技术问题，本发明提出一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件的制造方法，包括将氮化镓基半导体外延层倒装到支撑衬底上，所述支撑衬底为复合碳基衬底，复合碳基衬底的主体为石墨，其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜。
优选地：先在硅衬底上生长所述氮化镓基半导体外延层，然后将氮化镓基半导体外延层倒装到所述支撑衬底上。
本发明的有意效果如下：
相比现有技术，本发明提出了一种不同材料的支撑衬底。该支撑衬底既包括石墨碳也包括铜，这种一定比例的铜渗入石墨中的支撑衬底，其热膨胀系数与氮化镓基外延层的热膨胀系数更接近，这样在完成衬底转移后，支撑衬底不容易形变，且不脆，不容易破碎和裂开；而且具有非常好的导体性质，能够显著提高芯片的质量。
具体实施方式
本发明提供一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，其有一个具有良好热膨胀系数和导热系数的支撑衬底，支撑衬底的材料的选择很重要的，其与生长衬底的材料可以无关。该半导体器件包括一个可以与氮化镓基外延层的热膨胀系数很好匹配的支撑衬底。这种半导体器件为经过倒装的氮化镓基半导体器件。该具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，包括氮化镓基半导体外延层和支撑衬底，支撑衬底为其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜的石墨衬底。
其中铜在石墨中的含量优选为15％～25％，最佳值为20％。
该具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件制造的实施例一如下：
制备复合碳衬底：根据氮化镓基外延层的实际膨胀系数用石墨制备与其最接近膨胀系数的渗透有铜的复合碳衬底。复合碳衬底的铜的质量百分比为20％。
生长蓝光氮化镓基外延层：在硅衬底上生长铟镓铝氮外延层，制作蓝光外延片。
倒装去生长衬底：将外延片倒装，使氮化镓基外延层与复合碳衬底的支撑衬底邦定在一起，然后去除生长衬底。
实施例二如下：
制备复合碳衬底：根据氮化镓基外延层的实际膨胀系数用石墨制备与其最接近膨胀系数的渗透有铜的复合碳衬底。复合碳衬底的铜的质量百分比为10％。
生长蓝光氮化镓基外延层：在硅衬底上生长铟镓铝氮外延层，制作蓝光外延片。
倒装去生长衬底：将外延片倒装，使氮化镓基外延层与复合碳衬底的支撑衬底邦定在一起，然后去除生长衬底。
实施例三如下：
制备复合碳衬底：根据氮化镓基外延层的实际膨胀系数用石墨制备与其最接近膨胀系数的渗透有铜的复合碳衬底。复合碳衬底的铜的质量百分比为25％。
生长绿光氮化镓基外延层：在硅衬底上生长铟镓氮外延层，制作绿光外延片。
倒装去生长衬底：将外延片倒装，使氮化镓基外延层与复合碳衬底的支撑衬底邦定在一起，然后去除生长衬底。
实施例四如下：
制备复合碳衬底：根据氮化镓基外延层的实际膨胀系数用石墨制备与其最接近膨胀系数的渗透有铜的复合碳衬底。复合碳衬底的铜的质量百分比为30％。
生长绿光氮化镓基外延层：在硅衬底上生长铟镓氮外延层，制作绿光外延片。
倒装去生长衬底：将外延片倒装，使氮化镓基外延层与复合碳衬底的支撑衬底邦定在一起，然后去除生长衬底。
Claims (7)
1.一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，包括用于支撑氮化镓基半导体外延层的支撑衬底，其特征在于：所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜的石墨衬底。
2.根据权利要求1所述的具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，其特征在于：所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为15％～25％的铜的石墨衬底。
3.根据权利要求2所述的具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件，其特征在于：所述支撑衬底为其内渗透有质量百分比为20％的铜的石墨衬底。
4.一种具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件的制造方法，包括将氮化镓基半导体外延层倒装到支撑衬底上，其特征在于：所述支撑衬底为复合碳基衬底，复合碳基衬底的主体为石墨，其内渗透有质量百分比为10％～30％的铜。
5.根据权利要求4所述的具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于：所述支撑衬底内铜的质量百分比为15％～25％。
6.根据权利要求4所述的具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于：所述支撑衬底内铜的质量百分比为20％。
7.根据权利要求4至6任一项所述的具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于：先在硅衬底上生长所述氮化镓基半导体外延层，然后将氮化镓基半导体外延层倒装到所述支撑衬底上。
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