CN202058735U - 陶瓷衬底的氮化镓基芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片包括陶瓷衬底、缓冲层和氮化镓基外延层。陶瓷衬底包括，氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底。缓冲层的结构包括，低温氮化铝层、成分分层结构、高温氮化铝层、中间媒介层、它们的组合。成分分层结构包括，氮化镓-铝镓氮-氮化铝(AlxGa1-xN)，其中0≤X≤1。中间媒介层有单层或多层结构，中间媒介层包括，金属元素铝、钛、钒、铬、钪、锆、铪、钨、铊、镉、铟、金、上述金属元素的组合、上述金属元素的合金、上述金属的氮化物。本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片包括导电支持衬底和氮化镓基外延层。
Description
技术领域
本实用新型揭示生长在陶瓷衬底的氮化镓基芯片(包括半导体发光二极管)及制造的方法和工艺，属于半导体电子技术领域。
背景技术
目前，蓝宝石衬底是生长氮化镓基芯片(包括半导体发光二极管(LED)、氮化镓基高电子迁移率晶体管，等)的通用的生长衬底，关于这一技术路线，已有数千项专利。为了制造垂直结构的氮化镓基芯片，通用的方法是采用激光剥离的方法剥离蓝宝石，已有多项专利覆盖这一技术。
但是，蓝宝石衬底与氮化镓基外延层之间的晶格常数的匹配较差，热胀系数的匹配较差，蓝宝石衬底的热导率低和价格高，剥离蓝宝石衬底的工艺复杂。
因此，需要不同的技术路线，即，生长在不同的衬底上的氮化镓基芯片及批量生产的方法，由此得到的氮化镓基芯片具有晶格常数匹配好，热胀系数匹配好、导热率高、价格低、剥离生长衬底的工艺简单，等优点。
实用新型内容
本实用新型提供生长在陶瓷衬底上的氮化镓基芯片及制造的方法，克服了蓝宝石衬底的氮化镓基芯片的缺点，具有晶格常数的匹配好、热胀系数的匹配较好、导热率高、价格低、剥离生长衬底的工艺简单，等优点。
本实用新型的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的组成部分包括，陶瓷衬底、缓冲层和氮化镓基外延层。缓冲层形成在陶瓷衬底和氮化镓基外延层之间。
其中，陶瓷衬底包括，氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底、氮化硅陶瓷衬底或氧化铍陶瓷衬底。对陶瓷衬底进行等离子(plasma)处理或激光处理。
缓冲层的结构是下述结构之一：(1)低温氮化铝层；(2)高温氮化铝层；(3)成分分层结构；(4)中间媒介层；(5)上述的结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合。其中，结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合包括，(a)依次形成的低温氮化铝层和高温氮化铝层；(b)依次形成的低温氮化铝层和成分分层结构；(c)依次形成的中间媒介层和低温氮化铝层；(d)依次形成的中间媒介层和高温氮化铝层；(e)依次形成的中间媒介层和成分分层结构；(f)依次形成的低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(g)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和高温氮化铝层；(h)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和成分分层结构；(i)依次形成的中间媒介层、高温氮化铝层和成分分层结构；(j)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(k)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、成分分层结构和高温氮化铝层。
形成低温氮化铝层和高温氮化铝层的方法包括，对铝表面进行氮化的方法、金属有机物化学气相淀积炉外延生长、分子束外延生长、溅射(sputtering)。其中，采用金属有机物化学气相淀积炉外延形成低温氮化 铝层时，温度在400℃至600℃；形成高温氮化铝层时，温度在900℃至1100℃。低温氮化铝层的厚度在埃到微米的范围。
在成分分层结构的不同深度，两种成分铝和镓之间的比例不同。成分分层结构包括，氮化镓-铝镓氮-氮化铝(AlxGa1-xN)分层结构，其中0≤X≤1。一个实施例，设置氮化镓-铝镓氮-氮化铝(AlxGa1-xN)外延层的与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层相接触的表层的各种成分之间的比例使得氮化镓-铝镓氮-氮化铝外延层与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层之间的应力最小。一个实施例：先低温(400℃至600℃)生长氮化铝(AlxGa1-xN)(其中，x＝1)到预定的厚度，然后，升高温度(900℃至1100℃)，逐渐加入镓(1-x)，逐渐减少铝(x＜1)，继续生长，继续逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。一个实施例：高温(900℃至1100℃)生长氮化铝(x＝1)到预定的厚度，然后，开始逐渐加入镓(1-x)，相应的减少铝(x＜1)，继续生长，并逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。
中间媒介层形成在陶瓷衬底上；中间媒介层有单层或多层结构，中间媒介层的每层是从一组结构选出，该组结构包括，金属元素铝层、钛层、钒层、铬层、钪层、锆层、铪层、钨层、铊层、镉层、铟层、金层、上述金属元素层的组合、上述金属元素的合金层、上述金属元素的合金层的组合、上述金属的氮化物层；中间媒介层的厚度在埃到微米的范围。形成的方法包括，但不限于：真空蒸镀、溅射、金属有机物化学气相淀积炉外延生长、分子束外延生长、化学镀，等。
氮化镓基外延层是从一组外延层中选出，该组外延层包括，由元素镓、铝、硼、铟、氮、磷所组成的二元系、三元系、四元系、五元系，包 括，氮化镓外延层，氮化铝外延层，硼铝氮(BAlN)外延层，硼镓氮(BGaN)外延层，铝镓氮(AlGaN)外延层，铝铟镓氮(AlInGaN)外延层，镓氮磷(GaNP)外延层，铝镓氮磷(AlGaNP)外延层，铝铟镓氮磷(AlInGaNP)外延层，等。
氮化镓基外延层的组成部分包括，依次形成的第一类型限制层(first cladding layer)、活化层(active layer)、第二类型限制层(second cladding layer)。
陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的一个实施例，组成部分包括，陶瓷衬底、缓冲层、氮化镓基外延层。其中，缓冲层包括，低温氮化铝层、高温氮化铝层；低温氮化铝层形成在陶瓷衬底上；高温氮化铝层形成在低温氮化铝层上。氮化镓基外延层形成在高温氮化铝层上。
陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的另一个实施例，组成部分包括，陶瓷衬底、缓冲层、氮化镓基外延层。其中，缓冲层包括，中间媒介层、低温氮化铝层、高温氮化铝层；中间媒介层形成在陶瓷衬底上；低温氮化铝层形成在中间媒介层上；高温氮化铝层形成在低温氮化铝层上。氮化镓基外延层形成在缓冲层的高温氮化铝层上。
制造陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：提供陶瓷衬底，在陶瓷衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成氮化镓基外延层。经过分割，成为单个的氮化镓基芯片。
制造陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺的另一个实施例，包括下述工艺步骤：准备陶瓷衬底，采用等离子体或激光处理陶瓷衬底，在陶瓷衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成氮化镓基外延层，经过分割，成为单个的氮化镓基芯片。
制造陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺的另一个实施例，包括下述工艺步骤：缓冲层包括一中间媒介层；在陶瓷衬底上形成中间媒介层，缓冲层的其他层形成在中间媒介层上，在缓冲层上形成氮化镓基外延层。
基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的一个实施例，组成部分包括，导电支持衬底和氮化镓基外延层。其中，氮化镓基外延层的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，第一类型限制层暴露，活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间，构成垂直结构的氮化镓基芯片。
其中，导电支持衬底包括，金属或合金支持衬底、硅导电支持衬底、碳化硅导电支持衬底、通孔导电支持衬底。通孔导电支持衬底包括，具有多个通孔的绝缘衬底、形成在绝缘衬底的两个主表面上的金属膜、两个主表面上的金属膜通过通孔中的金属栓形成电连接。
基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片一个实施例，组成部分包括，氮化镓基外延层。其中，活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间，构成垂直结构的氮化镓基芯片。注意，这种芯片没有支持衬底，只有外延层。
制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：加热具有金属的中间媒介层的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基晶片(wafer)，使得中间媒介层中的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。分割氮化镓基外延层，形成垂直结构的氮化镓基芯片。制造工艺中不包括复杂的激光剥离。注意，这种芯片没有支持衬底，只有外延层。
制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：加热具有中间媒介层的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基晶片(wafer)，使得中间媒介层的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，把氮化镓基外延层的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。分割导电支持衬底和键合在其上的氮化镓基外延层，形成垂直结构的氮化镓基芯片。制造工艺中不包括激光剥离。
制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：把具有中间媒介层的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基晶片(wafer)的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，加热使得中间媒介层的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。分割导电支持衬底和键合在其上的氮化镓基外延层，形成垂直结构的氮化镓基芯片。制造工艺中不包括激光剥离。
因为陶瓷衬底与氮化铝层和氮化镓基外延层有非常接近的热胀系数，避免了外延层与生长衬底之间的热胀系数的不匹配所产生的外延层内的应力、位错和畸变。
没有生长衬底和外延层之间的晶格不匹配带来的缺陷。
对于正装结构的氮化镓基芯片，陶瓷衬底导热良好，成本低。对于具有中间媒介层的氮化镓基LED芯片，中间媒介层的金属具有高反射率，将LED发出的光反射出去，光取出效率提高。
本实用新型的目的和能达到的各项效果如下：
(1)本实用新型的目的是提供正装结构的陶瓷衬底的氮化镓基芯片。
(2)本实用新型目的是提供基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片。
(3)本实用新型的目的是提供批量生产正装结构的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的技术和工艺。
(4)本实用新型的目的是提供批量生产基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的技术和工艺。
(5)本实用新型提供的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片，该芯片的陶瓷衬底和氮化镓基外延层具有接近的热胀系数，使得氮化镓基外延层内的应力小，降低氮化镓基外延层的缺陷密度。
(6)本实用新型提供的基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片，分离陶瓷生长衬底的工艺简单。
(7)本实用新型提供陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片，导热优良。
(8)本实用新型提供的陶瓷衬底的正装结构的或垂直结构的氮化镓基芯片成本低。
附图说明
图1a展示本实用新型的生产陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图1b展示本实用新型的生产陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图2a展示本实用新型的生产陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图2b展示本实用新型的生产陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的工艺流程的另一个实施例。
图3a展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图3b展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图4a展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图4b展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图5a展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图5b展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图6a展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图6b展示本实用新型的陶瓷衬底的正装结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图7a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图7b展示采用图7a的工艺制造的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图8a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图8b展示采用图8a的工艺制造的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图9a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
图9b展示采用图9a的工艺制造的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。
图10展示本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的一个实施例。
具体实施例
本实用新型的具体化实施实例用于说明本实用新型的原理，而不是局限本实用新型于下列具体化实施实例。
注意，下列各项适用于本实用新型的所有实施例：
(1)本实用新型的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的组成部分包括，陶瓷衬底、缓冲层、氮化镓基外延层。缓冲层形成在陶瓷衬底上，氮化镓基外延层形成在缓冲层上。
(2)陶瓷衬底包括，氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底、氮化硅陶瓷衬底或氧化铍陶瓷衬底。
(3)对陶瓷衬底进行等离子体处理或激光处理。
(4)缓冲层的结构是下述结构之一：(1)低温氮化铝层；(2)高温氮化铝层；(3)成分分层结构；(4)中间媒介层；(5)上述的结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合。其中，结构(1)、结构(2)、结构(3)、结构(4)的组合包括，(a)依次形成的低温氮化铝层和高温氮化铝层；(b)依次形成的低温氮化铝层和成分分层结构；(c)依次形成的中间媒介层和低温氮化铝层；
(d)依次形成的中间媒介层和高温氮化铝层；(e)依次形成的中间媒介层和成分分层结构；(f)依次形成的低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(g)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和高温氮化铝层；(h)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和成分分层结构；(i)依次形成的中间媒介层、高温氮化铝层和成分分层结构；(j)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(k)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、成分分层结构和高温氮化铝层。
(5)形成低温氮化铝层和高温氮化铝层的方法包括，对铝表面进行氮化的方法、金属有机物化学气相淀积炉外延生长方法、分子束外延生长方法、溅镀淀积方法、溅射方法。其中，采用金属有机物化学气相淀积炉外延形成低温氮化铝层时，温度在400℃至600℃，形成高温氮化铝层时，温度在900℃至1100℃。低温氮化铝层的厚度在埃到微米的范围。
(6)在成分分层结构的不同深度，每种成分之间的比例不同。成分分层结构包括，但不限于，氮化镓-铝镓氮-氮化铝(AlxGa1-xN)分层结构，其中0≤X≤1。例如，设置氮化镓-铝镓氮-氮化铝外延层与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层相接触的表层的各种成分之间的比例使得氮化镓-铝镓氮-氮化铝外延层与陶瓷衬底或中间媒介层或低温氮化铝层或高温氮化铝层之间的应力最小。一个实施例：先低温(400℃至600℃)生长氮化铝(x＝1)到预定的厚度，然后，升高温度(900℃至1100℃)，加入镓，减少铝(x＜1)继续生长，并逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。一个实施例：高温(900℃至1100 ℃)生长氮化铝(x＝1)到预定的厚度，然后，开始逐渐加入镓(1-x)，相应的减少铝(x＜1)，继续生长，并逐渐减小x，最后，关掉铝(x＝0)，高温生长氮化镓到预定的厚度。
(7)中间媒介层有单层或多层结构，中间媒介层的每层是从一组结构选出，该组结构包括，金属元素铝层、钛层、钒层、铬层、钪层、锆层、铪层、钨层、铊层、镉层、铟层、金层、上述金属元素层的组合、上述金属元素的合金层、上述金属元素的合金层的组合、上述金属的氮化物层；中间媒介层的厚度在埃到微米的范围。形成的方法包括，但不限于：真空蒸镀、溅射、金属有机物化学气相淀积炉外延生长、分子束外延生长、化学镀，等。
(8)本实用新型中所述的“氮化镓基层”或“氮化镓基外延层”是从一组外延层中选出，该组外延层包括，但不限于，由元素镓，铝，硼，铟，氮，磷所组成的二元系，三元系，四元，或五元系，包括，氮化镓外延层，氮化铝外延层，硼铝氮外延层，硼镓氮外延层，铝镓氮外延层，铝铟镓氮外延层，镓氮磷外延层，铝镓氮磷外延层，铝铟镓氮磷外延层，等。
(9)氮化镓基外延层的组成部分包括，依次形成的第一类型限制层、活化层、第二类型限制层。第一类型限制层形成在缓冲层上。
(10)制造陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：提供陶瓷衬底，在陶瓷衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成氮化镓基外延层。经过分割，成为单个氮化镓基芯片。
(11)基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片，包括，氮化镓基外延层。其中，活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间，构成垂直结构的氮化镓基芯片。
(12)基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片，包括，导电支持衬底和氮化镓基外延层。其中，氮化镓基外延层的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，第一类型限制层暴露，活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间。
(13)导电支持衬底包括，金属或合金支持衬底、硅导电支持衬底、碳化硅导电支持衬底、通孔导电支持衬底。通孔导电支持衬底包括，具有多个通孔的绝缘衬底、形成在绝缘衬底的两个主表面上的金属膜、两个主表面上的金属膜通过通孔中的金属栓形成电连接。
(14)制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：加热具有中间媒介层的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基晶片，使得中间媒介层的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。制造工艺中不包括复杂的激光剥离。
(15)制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：加热具有中间媒介层的陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基晶片，使得中间媒介层的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，把氮化镓基外延层的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。制造工艺中不包括复杂的激光剥离。
(16)制造基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片的工艺的一个实施例，包括下述工艺步骤：把具有中间媒介层的陶瓷衬底上的氮化镓基外延层的第二类型限制层键合在导电支持衬底上，加热使得中间媒介层的金属熔化，分离陶瓷衬底和氮化镓基外延层，清除暴露的氮化镓基外延层表面的金属，刻蚀缓冲层，使得氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露并在其上形成电极。制造工艺中不包括复杂的激光剥离。
(17)本实用新型中，由于陶瓷衬底与生长于其上的氮化铝层或氮化镓基外延层有相近的热胀系数，因此，当在陶瓷衬底上生长氮化镓基外延层时，以及在外延生长结束后的冷却过程中，氮化铝层或氮化镓基外延层与陶瓷衬底之间的热胀系数的不同所产生的应力小，因此氮化铝层或氮化镓基外延层内的位错和畸变的密度低。
(18)对于缓冲层包括中间媒介层的陶瓷衬底的氮化镓基晶片(GaN based wafer)，较易进一步制造成垂直结构氮化镓基芯片。
图1a展示本实用新型的生产以陶瓷片作为生长衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
工艺流程101：准备陶瓷衬底。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底，对陶瓷衬底进行等离子处理。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底，对陶瓷衬底进行激光处理。
工艺流程102a：在陶瓷衬底上，形成缓冲层。其中，缓冲层包括，低温氮化铝层和高温氮化铝层。
一个实施例：陶瓷衬底放在金属有机物化学气相淀积炉中，在400-600摄氏度，生长厚度为0.1-500纳米的低温氮化铝层到预定的厚度，升高温 度到900-1100摄氏度，继续生长有平滑表面的高温氮化铝层到预定的厚度，冷却到室温。
工艺流程103：在缓冲层的高温氮化铝层上继续生长氮化镓基外延层。经过分割，得到本实用新型的正装结构的氮化镓基芯片的一个实施例。
图1b展示本实用新型的生产以陶瓷片作为生长衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。图1b展示的工艺流程与图1a展示的工艺流程基本相同，其区别在于：在图1b展示的工艺流程102b中，缓冲层进一步包括中间媒介层。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铝。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铝，对铝进行氮化，表面层形成氮化铝。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成钛，对钛进行氮化，表面层形成氮化钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铟，在铟层上形成铝或钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铟，在铟层上形成铝或钛，对铝或钛进行氮化，表面层形成氮化铝或氮化钛。
工艺流程102b：在陶瓷衬底上依次形成中间媒介层、低温氮化铝层和高温氮化铝层到预定的厚度。
工艺流程103：在缓冲层的高温氮化铝层上形成氮化镓基外延层。经过分割，成为氮化镓基芯片。
图2a展示本实用新型的生产以陶瓷片作为生长衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
工艺流程201：准备陶瓷衬底。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底，对陶瓷衬底进行等离子处理。
一个实施例：提供一个陶瓷衬底，对陶瓷衬底进行激光处理。
工艺流程202a：在陶瓷衬底上，依次形成低温氮化铝层和成分分层结构。成分分层结构，包括，但不限于，氮化镓-铝镓氮-氮化铝(AlxGa1-xN)，其中0≤X≤1。
工艺流程203：在缓冲层的成分分层结构上形成氮化镓基外延层。切割，形成本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例，如图4a所示。
图2b展示本实用新型的生产陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。图2b展示的工艺流程与图2a展示的工艺流程基本相同，其区别在于：在图2b展示的工艺流程202b，缓冲层进一步包括中间媒介层，
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铝。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铝，对铝进行氮化，表面层形成氮化铝。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成钛，对钛进行氮化，表面层形成氮化钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铟，在铟层上形成铝或钛。
一个实施例：在陶瓷衬底上形成铟，在铟层上形成铝或钛，对铝或钛进行氮化，表面层形成氮化铝或氮化钛。
继续进行工艺流程202b，在中间媒介层上依次形成低温氮化铝层和成分分层结构。
工艺流程203，在缓冲层的成分分层结构上形成氮化镓基外延层。切割，形成本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。
图3a是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。缓冲层302a包括，低温氮化铝层和高温氮化铝层。低温氮化铝层形成在陶瓷衬底301上。高温氮化铝层形成在低温氮化铝层上。氮化镓基外延层303形成在缓冲层302a的高温氮化铝层上。
图3b是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。图3b展示的实施例与图3a展示的实施例基本相同。区别在于：图3b展示的实施例的缓冲层302b进一步包括，中间媒介层。中间媒介层形成在陶瓷衬底301和低温氮化铝层之间，高温氮化铝层形成在低温氮化铝层上，氮化镓基外延层303形成在缓冲层302b的高温氮化铝层上。
图4a是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。缓冲层402a形成在陶瓷衬底401上。缓冲层402a包括，低温氮化铝层和成分分层结构。低温氮化铝层形成在陶瓷衬底401上，成分分层结构形成在低温氮化铝层上。氮化镓基外延层403形成在缓冲层402a的成分分层结构上。
图4b是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。图4b展示的实施例与图4a展示的实施例基本相同。区别在于：图4b展示的实施例的缓冲层402b进一步包括，中间媒介层。中间媒介层形成在陶瓷衬底401和低温氮化铝层之间，成分分层结构形成在低温氮化铝层上，氮化镓基外延层403形成在缓冲层402b的成分分层结构上。
图5a是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。缓冲层502a形成在陶瓷衬底501上。缓冲层502a包括，低温氮化铝层。其中， 低温氮化铝层形成在陶瓷衬底501上。氮化镓基外延层503形成在缓冲层502a的低温氮化铝层上。
图5b是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。图5b展示的实施例与图5a展示的实施例基本相同。区别在于：图5b展示的实施例的缓冲层502b进一步包括，中间媒介层。中间媒介层形成在陶瓷衬底501和低温氮化铝层之间，氮化镓基外延层503形成在缓冲层502b的低温氮化铝层上。
图6a是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。缓冲层602a包括，成分分层结构。缓冲层602a的成分分层结构形成在陶瓷衬底601上。氮化镓基外延层603形成在成分分层结构上。
图6b是本实用新型的陶瓷衬底的氮化镓基芯片的一个实施例。图6b展示的实施例与图6a展示的实施例基本相同，区别在于：图6b展示的实施例的缓冲层602b进一步包括，中间媒介层。中间媒介层形成在陶瓷衬底601和成分分层结构之间，氮化镓基外延层603形成在成分分层结构上。
图7a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的工艺流程的一个实施例。
工艺流程710：把陶瓷衬底的氮化镓基晶片(wafer)的暴露的第二类型限制层键合到导电支持衬底上，键合方法包括，金属共晶键合、导电胶键合、导电焊锡膏键合。
工艺流程711：对键合在一起的氮化镓基晶片和导电支持衬底进行加热，直到中间媒介层中的金属熔化，分离氮化镓基外延层和陶瓷衬底。
工艺流程712：清洁剩余在氮化镓基外延层的暴露的表面的金属，刻蚀缓冲层的其他层，直到氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露。
工艺流程713：在暴露的氮化镓基外延层的第一类型限制层上形成电极。分割氮化镓基晶片成为垂直结构的氮化镓基芯片。
图7b展示本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。氮化镓基外延层713键合在导电支持衬底710上。
图8a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的工艺流程的另一个实施例。
工艺流程811：对陶瓷衬底的氮化镓基晶片进行加热，直到中间媒介层中的金属熔化，把氮化镓基外延层和陶瓷衬底分离。
工艺流程812：清洁剩余在氮化镓基外延层的暴露的表面的金属，刻蚀缓冲层的其他层，直到氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露。
工艺流程813：在暴露的氮化镓基外延层的第一类型限制层上形成电极。分割氮化镓基晶片成为垂直结构的氮化镓基芯片。
图8b展示本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片包括氮化镓基外延层813。
图9a展示本实用新型的生产基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的工艺流程的另一个实施例。
工艺流程911：对陶瓷衬底的氮化镓基晶片进行加热，直到中间媒介层中的金属熔化，把氮化镓基外延层和陶瓷衬底分离。
工艺流程910：把氮化镓基外延层的第二类型限制层键合到导电支持衬底上。
工艺流程912：清洁剩余在氮化镓基外延层的暴露的表面的金属，刻蚀缓冲层的其他层，直到氮化镓基外延层的第一类型限制层暴露。
工艺流程913：在暴露的氮化镓基外延层的第一类型限制层上形成电极。分割氮化镓基晶片成为垂直结构的氮化镓基芯片。
图9b展示本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。氮化镓基外延层913键合在导电支持衬底914上。
图10展示本实用新型的基于陶瓷衬底的垂直结构氮化镓基芯片的一个实施例。氮化镓基外延层1013键合在通孔导电支持衬底的金属膜1020上。通孔导电支持衬底包括绝缘衬底1014、形成在其两个主表面上的金属膜1020和1021、金属栓1022把两个金属膜1020和1021形成电连接。
上面的具体的描述并不限制本实用新型的范围，而只是提供一些本实用新型的具体化的例证。因此本实用新型的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体化的详细描述和实施实例决定。
Claims (7)
1.陶瓷衬底的正装结构的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的氮化镓基芯片的组成部分包括陶瓷衬底、缓冲层和氮化镓基外延层；其中，所述的缓冲层形成在所述的陶瓷衬底上，所述的氮化镓基外延层形成在所述的缓冲层上；所述的氮化镓基外延层的组成部分包括依次形成的第一类型限制层、活化层、第二类型限制层。
2.根据权利要求1的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的陶瓷衬底包括：氮化铝陶瓷衬底、氧化铝陶瓷衬底、碳化硅陶瓷衬底、氮化硼陶瓷衬底、氧化镁陶瓷衬底、氮化硅陶瓷衬底、氧化锆陶瓷衬底或氧化铍陶瓷衬底。
3.根据权利要求1的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的缓冲层的结构是下述结构之一：(1)低温氮化铝层；(2)高温氮化铝层；(3)成分分层结构；(4)中间媒介层；(5)所述的结构(1)、结构(2)、结构(3)和结构(4)的组合；其中，所述的结构(1)、结构(2)、结构(3)和结构(4)的组合包括，(a)依次形成的低温氮化铝层和高温氮化铝层；(b)依次形成的低温氮化铝层和成分分层结构；(c)依次形成的中间媒介层和低温氮化铝层；(d)依次形成的中间媒介层和高温氮化铝层；(e)依次形成的中间媒介层和成分分层结构；(f)依次形成的低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(g)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和高温氮化铝层；(h)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层和成分分层结构；(i)依次形成的中间媒介层、高温氮化铝层和成分分层结构；(j)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、高温氮化铝层和成分分层结构；(k)依次形成的中间媒介层、低温氮化铝层、成分分层结构和高温氮化铝层。
4.根据权利要求3的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的中间媒介层形成在所述的陶瓷衬底上；所述的中间媒介层有单层或多层结构，中间媒介层的 厚度在埃到微米的范围。
5.基于陶瓷衬底的垂直结构的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的氮化镓基芯片的组成部分包括，氮化镓基外延层；所述的氮化镓基外延层的组成部分包括，第一类型限制层、活化层、第二类型限制层。
6.根据权利要求5的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的氮化镓基芯片的组成部分进一步包括，导电支持衬底；其中，所述的氮化镓基外延层键合在所述的导电支持衬底上。
7.根据权利要求6的氮化镓基芯片，其特征在于，所述的导电支持衬底包括，金属支持衬底、合金支持衬底、硅导电支持衬底、碳化硅导电支持衬底、通孔导电支持衬底；其中，所述的通孔导电支持衬底的组成部分包括，具有多个通孔的绝缘衬底、形成在所述的绝缘衬底的两个主表面上的金属膜、所述的金属膜通过所述的通孔中的金属栓形成电连接。
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| CN102456721A (zh) * | 2010-10-17 | 2012-05-16 | 金木子 | 陶瓷衬底的氮化镓基芯片及制造方法 |
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