TWI414065B - 複合式基板、氮化鎵基元件及氮化鎵基元件的製造方法 - Google Patents

Description

複合式基板、氮化鎵基元件及氮化鎵基元件的製造方法

本發明涉及一種半導體結構，尤其涉及一種複合式基板、具有該複合式基板的氮化鎵基元件以及採用該複合式基板的氮化鎵基元件的製造方法。

氮化鎵是直接躍遷型半導體，其用途廣泛，可被用於太陽能電池、發光二極體、半導體雷射器等中。

目前主流的氮化鎵結構層製造方法是採用藍寶石作為成長基板，但藍寶石基板散熱性不佳，因此，矽基板現在開始被越來越多的用作氮化鎵結構層成長基板。然而，請參閱圖3，由於矽基板與氮化鎵的熱膨脹係數相差較大，在矽基板上成長氮化鎵結構層過程中又需要較高溫度，這導致在後續冷卻過程中，氮化鎵結構層的收縮率大大超過矽基板的收縮率，從而會造成氮化鎵結構層出現崩裂的現象。

有鑒於此，有必要提供一種能夠避免或減少氮化鎵結構層崩裂的複合式基板、具有該複合式基板的氮化鎵基元件以及採用該複合式基板的氮化鎵基元件的製造方法。

一種複合式基板，其包括矽基板及填充物。該矽基板具有一第一表面及一與所述第一表面相對的第二表面，所述矽基板的第一表面上形成有複數凹槽。所述填充物填充在所述凹槽中，所述填充物的熱膨脹係數大於所述矽基板的熱膨脹係數。

一種氮化鎵基元件，其包括複合式基板及氮化鎵結構層。所述複合式基板包括矽基板及填充物。該矽基板具有一第一表面及一與所述第一表面相對的第二表面，所述矽基板的第一表面上形成有複數凹槽。所述填充物填充在所述凹槽中，所述填充物的熱膨脹係數大於所述矽基板的熱膨脹係數。所述氮化鎵結構層形成在所述矽基板的第二表面上。

一種氮化鎵基元件的製造方法，包括以下步驟：提供一矽基板，該矽基板具有一第一表面及一與所述第一表面相對的第二表面，所述矽基板的第一表面上形成有複數凹槽；在所述複數凹槽內填充填充物，該填充物的熱膨脹係數大於矽基板的熱膨脹係數；及在所述矽基板的第二表面上形成氮化鎵結構層。

本發明實施方式提供的氮化鎵基元件及其製造方法中，在矽基板的第一表面上形成有複數凹槽，通過在該複數凹槽中填充熱膨脹係數大於矽基板的熱膨脹係數的填充物，當整個複合式基板被加熱時，矽基板會由於受到填充物膨脹的擠壓，而具有一個較大的熱膨脹率，從而減小矽基板與氮化鎵結構層之間的熱膨脹率差異，在氮化鎵基元件冷卻的過程中，避免或減少氮化鎵結構層崩裂的現象。

100‧‧‧氮化鎵基元件

10‧‧‧複合式基板

11‧‧‧矽基板

12‧‧‧填充物

20‧‧‧氮化鎵結構層

111‧‧‧第一表面

111a‧‧‧凹槽

112‧‧‧第二表面

圖1是本發明實施方式提供的一種氮化鎵基元件結構示意圖。

圖2是本發明實施方式提供的一種氮化鎵基元件的製造方法示意圖。

圖3是矽、氮化鎵等材料的熱膨脹係數關係圖。

以下將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施方式提供的一種氮化鎵基元件100包括：複合式基板10及氮化鎵結構層20。所述氮化鎵基元件100可為太陽能電池、發光二極體或半導體雷射器等。

所述複合式基板10包括一矽基板11及填充物12。所述矽基板11具有一第一表面111及一與所述第一表面111相對的第二表面112。所述第一表面111上形成有複數凹槽111a。

所述填充物12填充於所述複數凹槽111a中，該填充物12的熱膨脹係數大於矽基板11的熱膨脹係數。由於填充物12的熱膨脹係數大於矽基板11的熱膨脹係數，當整個複合式基板10被加熱時，矽基板11會由於受到填充物12膨脹的擠壓，而具有一個較大的熱膨脹率。為了使得矽基板11各位置受力均勻，可將所述複數凹槽111a均勻設置在矽基板11的第一表面111上，且各凹槽111a的深度相同。所述凹槽111a的深度可設置為介於矽基板11的厚度的二分之一至三分之一之間，以讓填充物12能夠對矽基板11提供一個充分大的擠壓力。

為避免填充物12的熱膨脹係數太大導致矽基板11嚴重變形或被損 壞，優選地，所述填充物12的熱膨脹係數大於矽基板11的熱膨脹係數且小於氮化鎵的熱膨脹係數。所述填充物12可選自三氧化二鋁(Al2O3)、碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鎂(MgN)、氧化鋅(ZnO)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、鍺(Ge)等中之一種或幾種之混合。

所述氮化鎵結構層20形成在所述矽基板11的第二表面112上。具體的，該氮化鎵結構層20可採用金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)生長在所述矽基板11的第二表面112上。

請參閱圖2，本發明實施方式還提供了一種氮化鎵基元件100的製造方法，該製造方法包括以下步驟：提供一矽基板11。該矽基板11具有第一表面111及與所述第一表面111相對的第二表面112。所述第一表面111上形成有複數凹槽111a。

在所述複數凹槽111a內填充填充物12。該填充物12的熱膨脹係數大於矽基板11的熱膨脹係數。所述填充物12可採用蒸鍍、接合、長晶、濺鍍、離子佈置、原子層沉積(Atomic Layer Deposition,ALD)或金屬有機化學氣相沉積法形成在所述複數凹槽111a內。

在所述矽基板11的第二表面112上形成氮化鎵結構層20。所述氮化鎵結構層20可採用金屬有機化學氣相沉積等方法生長在所述矽基板11的第二表面112上。

本發明實施方式提供的氮化鎵基元件及其製造方法中，在矽基板 的第一表面上形成有複數凹槽，通過在該複數凹槽中填充熱膨脹係數大於矽基板的熱膨脹係數的填充物，當整個複合式基板被加熱時，矽基板會由於受到填充物膨脹的擠壓，而具有一個較大的熱膨脹率，從而減小矽基板與氮化鎵結構層之間的熱膨脹率差異，在氮化鎵基元件冷卻的過程中，避免或減少氮化鎵結構層崩裂的現象。

另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做之變化，都應包含在本發明所要求保護之範圍之內。

100‧‧‧氮化鎵基元件

10‧‧‧複合式基板

11‧‧‧矽基板

12‧‧‧填充物

20‧‧‧氮化鎵結構層

111‧‧‧第一表面

111a‧‧‧凹槽

112‧‧‧第二表面

Claims (9)

1. 一種複合式基板，其包括矽基板，該矽基板具有一第一表面及一與所述第一表面相對的第二表面，其改進在於：所述矽基板的第一表面上形成有複數凹槽，所述複合式基板還包括填充物，該填充物填充在所述凹槽中，所述填充物的熱膨脹係數大於所述矽基板的熱膨脹係數，所述矽基板的第二表面用於生長一氮化鎵結構層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的複合式基板，其中：所述複數凹槽均勻設置在所述矽基板的第一表面上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的複合式基板，其中：所述複數凹槽的深度相同。
4. 如申請專利範圍第1項所述的複合式基板，其中：所述凹槽的深度介於矽基板的厚度的二分之一至三分之一之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的複合式基板，其中：所述填充物的熱膨脹係數大於矽基板的熱膨脹係數且小於氮化鎵的熱膨脹係數。
6. 如申請專利範圍第1項所述的複合式基板，其中：所述填充物選自三氧化二鋁、碳化矽、氮化鋁、氮化銦、氮化鎂、氧化鋅、砷化鎵、磷化鎵或鍺中之一種或幾種之混合。
7. 一種氮化鎵基元件，其包括氮化鎵結構層及如申請專利範圍第1-6項任一項所述的複合式基板，所述氮化鎵結構層形成在所述矽基板的第二表面上。
8. 一種氮化鎵基元件的製造方法，包括以下步驟：提供一矽基板，該矽基板具有一第一表面及一與所述第一表面相對的第二表面，所述矽基板的第一表面上形成有複數凹槽；在所述複數凹槽內填充填充物，該填充物的熱膨脹係數大於矽基板的熱膨脹係數；及在所述矽基板的第二表面上形成氮化鎵結構層。
9. 如申請專利範圍第8項所述的氮化鎵基元件的製造方法，其中：所述填充物採用蒸鍍、接合、長晶、濺鍍、離子佈置、原子層沉積或金屬有機化學氣相沉積法形成在所述複數凹槽內。