CN102610705A - 氮化镓基板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种氮化镓基板的制作方法，其首先在一个氮化镓单晶基板中形成一层离子植入层从而将氮化镓单晶基板分成两个部分，然后利用接合金属层将氮化镓单晶基板与辅助基板连接在一起，最后通过加热使离子植入层形成断裂，使氮化镓单晶基板与辅助基板分离。同时，氮化镓单晶基板将在辅助基板的表面留下一层氮化镓薄膜，从而形成氮化镓基板。利用从氮化镓单晶基板中分离出来的氮化镓薄膜来生长氮化物系半导体材料，其生产成本较低并且所生长的半导体材料晶格缺陷较少。

Description

氮化镓基板的制作方法
技术领域
本发明涉及一种氮化镓基板的制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电流转换成特定波长范围的光电半导体元件。发光二极管以其亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
目前，蓝光发光二极管主要是使用氮化镓材料来作为发光材料。由于氮化镓基板制作困难且价格高昂，大部份的厂商主要使用氧化铝基板生产蓝光发光二极管晶粒。然而，由于氧化铝基板的晶格常数(lattice constant)与氮化镓的晶格常数不同，在成长氮化镓薄膜时会产生晶格不匹配(lattice mismatch)的问题，使到基板与氮化镓材料界面上产生大量的晶格缺陷与差排。为了降低晶格常数不同所造成的晶格缺陷与差排，一般是在氧化铝基板表面成长一低温的氮化镓或氮化铝镓缓冲层(buffer layer)来减缓晶格的差异，以降低直接高温成长时所产生的垂直方向晶格缺陷及差排密度。然而，这种方法仍会产生晶格缺陷及差排的存在。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有低成本的氮化镓基板。
一种氮化镓基板的制作方法，其包括以下步骤：
在一个氮化镓单晶基板中形成一层离子植入层，所述离子植入层将氮化镓单晶基板分成第一部分和第二部分；
利用接合金属层将氮化镓单晶基板与一个辅助基板连接在一起；
加热使离子植入层断裂，使氮化镓单晶基板的第二部分与辅助基板分离，并在辅助基板的表面留下氮化镓单晶基板的第一部分，从而形成氮化镓基板。
由于氮化镓单晶基板的晶体品质较好，利用离子植入的方法从氮化镓单晶基板中分离出氮化镓单晶基板的第一部分，并利用该部分氮化镓薄膜来生长氮化物系半导体材料，所生长的氮化物系半导体材料的晶格缺陷将较少。又由于氮化镓单晶基板的生产成本较高，一个氮化镓单晶基板可分离出多层氮化镓薄膜，充分利用每一层氮化镓薄膜去生长氮化物系半导体材料，这无疑会降低氮化物系发光二极管晶粒的生产成本。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的氮化镓单晶基板的截面示意图。
图2是在图1上形成覆盖层的截面示意图。
图3是在图2上形成离子植入层的截面示意图。
图4是在图3上形成第一接合金属层的截面示意图。
图5是本发明实施例所提供的辅助基板的截面示意图。
图6是将氮化镓单晶基板与辅助基板相连接的截面示意图。
图7是加热使离子植入层分解从而使氮化镓单晶基板与辅助基板分离的截面示意图。
图8是对氮化镓单晶基板遗留在辅助基板上的第一部分进行表面处理后的截面示意图。
主要元件符号说明
氮化镓单晶基板            110
第一部分                  111
第二部分                  112
覆盖层                    120
离子植入层                130
第一接合金属层            140
辅助基板                  210
第二接合金属层            220
接合金属层            310
氮化镓薄膜            150
具体实施方式
图1-图8为本发明的氮化镓基板的制作过程示意图。
如图1所示，首先提供一个氮化镓单晶基板110。该氮化镓单晶基板110可通过氢化物气相外延生长(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)、氨热法(Ammonothermal Method)或者金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organicChemical Vapor DePosition，MOCVD)的方法制成。该氮化镓单晶基板110的厚度在几十微米到几百微米的范围内。优选地，该氮化镓单晶基板110的厚度为20微米到500微米之间。
如图2所示，在氮化镓单晶基板110上形成一层覆盖层120。该覆盖层120可以是氮化硅(Si3N4、SiNx)或者是氧化硅(SiO2、SiOx)。该覆盖层120用以控制表面洁净度，后续离子植入过程中的离子植入深度与覆盖层120的厚度有关。覆盖层120的厚度越薄，则离子植入的深度越深。
如图3所示，在氮化镓单晶基板110形成有覆盖层120的表面进行离子植入，从而在氮化镓单晶基板110中形成一层离子植入层130。所述离子植入层130将氮化镓单晶基板110分成第一部分111和第二部分112。在本实施例中，所植入的离子为氢离子，植入的能量大于100keV，植入的浓度大于1×1015cm-2，即每平方厘米的半导体材料表面，氢离子植入的数量大于1×1015个。并且，离子植入层130在氮化镓单晶基板110上植入的深度大于1微米，即第一部分111的厚度大于1微米。离子植入的能量与深度有关，且离子植入的浓度对晶格中原子键结的破坏程度有关。离子植入的浓度越高，晶格破坏的程度越高，即原子键结结合力变弱。
如图4所示，在覆盖层120上形成一层第一接合金属层140。该第一接合金属层140可以是铬金属材料(Chromium)，其通过电子束蒸镀、等离子蒸镀等方式形成在覆盖层120上。
如图5所示，另外提供一个辅助基板210，该辅助基板210可以是硅(Si)基板、氧化铝(Al2O3)基板或者是氮化铝(AlN)基板。然后在辅助基板210上形成一层第二接合金属层220。该第二接合金属层220也可以是铬金属材料，其通过电子束蒸镀、等离子蒸镀等方式形成在辅助基板210上。
如图6所示，将第一接合金属层140和第二接合金属层220相互结合，从而形成接合金属层310使氮化镓单晶基板110和辅助基板210连接在一起。在第一接合金属层140和第二接合金属层220结合的同时可进行热处理，以加强第一接合金属层140和第二接合金属层220之间的结合力。另外，所述热处理的过程可以在含氨气的环境下进行。在较高的温度下，所述氨气使金属氮化，形成金属氮化物，如铬金属经氮化后形成氮化铬。该金属氮化物的形成可降低第一接合金属层140以及辅助基板210接合时对氮化镓单晶基板110晶格结构的影响。
如图7所示，加热使离子植入层130断裂。由于在高浓度的离子植入区域中氮化镓单晶基板110的原子键结被破坏，因此键结结合力较弱，使其容易在高温下形成空穴而产生断裂，从而使氮化镓单晶基板110的第二部分112与辅助基板210脱离，并在辅助基板210的表面留下氮化镓单晶基板110的第一部分111，从而形成具有辅助基板210的氮化镓基板。
如图8所示，根据需要，在辅助基板210的表面留下氮化镓单晶基板110的第一部分111后，可以对遗留在辅助基板表面的氮化镓单晶基板110的第一部分111进行研磨、抛光或者化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)。氮化镓单晶基板110的第一部分111经研磨、抛光后，形成厚度不小于100nm的氮化镓薄膜150，用以继续生长氮化物系半导体材料。在后续的过程中，氮化物系半导体材料可在具有辅助基板210的氮化镓薄膜150表面上进行生长。
由于氮化镓单晶基板110与氮化物系半导体材料具有较好的晶格匹配性能，因而在氮化镓单晶基板110上生长的氮化物系半导体材料将具有较少的晶格缺陷。然而，氮化镓单晶基板110的制作过程较为复杂，其成本较高。若直接采用氮化镓单晶基板110作为基板生长氮化物系半导体材料从而形成发光二极管晶粒，其成本也较高。而在本发明的上述实施例中，首先在氮化镓单晶基板110上形成一层离子植入层130。然后将氮化镓单晶基板110与辅助基板210相结合。最后加热使离子植入层130断裂从而在辅助基板210表面遗留下氮化镓单晶基板110的第一部分111。该第一部分111即为形成辅助基板210表面的一层氮化镓薄膜。利用从氮化镓单晶基板110分割下来的部分氮化镓薄膜150用以生长氮化物系半导体材料，由于上述氮化镓薄膜是从氮化镓单晶基板110中分割出来的，其必然会保留氮化镓单晶基板110晶体品质较好的优点，从而使在氮化镓薄膜150表面上生长的氮化物系半导体材料具有较少的晶格缺陷。并且，由于一个氮化镓单晶基板110可分割成多个氮化镓薄膜，并利用该多个氮化镓薄膜分别生长氮化物系半导体材料，相应地，所制得的发光二极管晶粒的生产成本也降低。
根据需要，在离子植入完成即离子植入层130形成在氮化镓单晶基板110后，可以去除覆盖层120。然后直接在氮化镓单晶基板110的表面形成第一接合金属层140。然后再继续后续的过程。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种氮化镓基板的制作方法，其包括以下步骤：
在一个氮化镓单晶基板中形成一层离子植入层，所述离子植入层将氮化镓单晶基板分成第一部分和第二部分；
利用接合金属层将氮化镓单晶基板与一个辅助基板连接在一起；
加热使离子植入层断裂，使氮化镓单晶基板的第二部分与辅助基板分离，并在辅助基板的表面留下氮化镓单晶基板的第一部分，从而形成氮化镓基板。
2.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，离子植入层的形成过程包括：
在氮化镓单晶基板表面形成一层覆盖层；
在氮化镓单晶基板的形成有覆盖层的表面进行离子植入，形成离子植入层。
3.如权利要求2所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，在离子植入层形成后，去除所述覆盖层。
4.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述离子植入层中所植入的离子为氢离子。
5.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述离子植入层在氮化镓单晶基板中植入的深度大于1微米。
6.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，利用接合金属层将将氮化镓单晶基板与辅助基板连接在一起的步骤包括：
在氮化镓单晶基板的表面形成一层第一接合金属层；
在辅助基板表面形成一层第二接合金属层；
使第一接合金属层和第二接合金属层结合形成接合金属层。
7.如权利要求6所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，在第一接合金属层和第二接合金属层结合的同时对第一接合金属层和第二接合金属层层进行热处理。
8.如权利要求7所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述热处理的过程在含氨气的环境下进行，从而使第一接合金属层和第二接合金属层氮化。
9.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述辅助基板选自硅基板、氧化铝基板和氮化铝基板其中之一。
10.如权利要求1所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，在辅助基板的表面留下氮化镓单晶基板的第一部分后，对辅助基板的表面的氮化镓单晶基板的第一部分进行研磨、抛光或者化学研磨处理，形成一后续供外延生长用的氮化镓薄膜。
11.如权利要求10所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述氮化镓薄膜的厚度不小于100nm。
12.如权利要求6所述的氮化镓基板的制作方法，其特征在于，所述第一接合金属层和第二接合金属层为铬金属材料制成。
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