专利名称：准氮化铝和准氮化镓基生长衬底及在氮化铝陶瓷片上生长的方法
技术领域：
本发明揭示大面积高质量高热导率的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底及其在氮化铝陶瓷片上生长的技术和工艺，属于半导体电子技术领域。
背景技术：
氮化镓晶片是生长氮化镓基半导体芯片和器件(包括半导体氮化镓基发光二极管和铝镓氮-氮化镓(AlGaN-GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT))的最佳生长衬底，氮化镓基外延层和氮化镓生长衬底之间的晶格常数和热胀系数相同，不会产生位错(dislocation)和畸变(distortion)，因此外延层的质量最高，但是氮化镓商品晶片的价格极其昂贵，且晶片直径小。
蓝宝石和碳化硅晶片被作为商业性生长半导体氮化镓基发光二极管和铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管的生长衬底。另一方面，大量的研究工作集中于在硅晶片上生长氮化镓基外延层。硅晶片的优点如下价格低，商品晶片直径大(因此生产成本进一步降低)，质量高。美国专利6649287揭示在硅晶片上生长氮化镓外延层的技术，使用该技术生长的氮化镓晶片有裂纹。为了减小由于蓝宝石生长衬底和硅生长衬底与氮化镓基外延层之间的晶格常数的差别带来的位错和畸变效应，缓冲层(buffer)技术被采用，部分地减小该效应。但是，蓝宝石生长衬底，碳化硅生长衬底，和硅生长衬底与氮化镓基外延层之间的热胀系数的差别很大，当外延生长结束，冷却到室温时，在大约1000℃的温度差范围内，氮化镓基外延层与蓝宝石，碳化硅，和硅生长衬底之间的热胀系数的差别在氮化镓基外延层内造成相当大的应力，该应力会产生位错和畸变，降低氮化镓基外延层的质量。
另外，大功率的半导体芯片和器件要求生长衬底具有优良的热导率。蓝宝石生长衬底的热导率很低，在封装工艺中需要使用复杂和昂贵的倒装焊(flipchip)技术。
因此，需要准氮化铝生长衬底(pseudo AlN substrate)和准氮化镓基生长衬底(pseudo GaN based substrate)及批量生产的技术和工艺，由此得到的生长衬底可以减小氮化镓基外延层和生长衬底之间的晶格常数和热胀系数的差别，具有大面积和高导热率，可以应用于低成本的生长高质量的大功率半导体氮化镓基发光二极管和大功率铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管等半导体芯片和器件。
发明内容
因为氮化铝陶瓷片与氮化铝外延层和氮化镓基外延层有非常接近的热胀系数，为了避免外延层与生长衬底之间的热胀系数的差别，及由此在外延层内产生的应力，位错和畸变，采用氮化铝陶瓷片作为氮化铝外延层和氮化镓基外延层的生长衬底。本发明揭示准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底及在氮化铝陶瓷片上生长的技术和工艺。该技术和工艺的一个具体实施实例中间媒介层(包括铝和钛等)层叠在氮化铝陶瓷生长衬底上，中间媒介层的表面层氮化成为氮化层(包括氮化铝和氮化钛等)，氮化铝层外延生长在氮化层上，氮化铝外延层及氮化铝陶瓷生长衬底构成准氮化铝生长衬底。继续层叠成份分层结构在氮化铝层上，氮化镓基层外延生长在成份分层结构层上，氮化镓基外延层及氮化铝陶瓷生长衬底构成准氮化镓基生长衬底。
如此生长而成的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底具有很低的位错和畸变密度，可以用于生长高质量的铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管，半导体氮化镓基发光二极管，铝镓氮-氮化镓基异质结场效应晶体管，等半导体氮化镓基芯片和器件。
氮化铝陶瓷片具有多重作用，(1)在制造准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底时，氮化铝陶瓷片作为生长衬底；(2)在封装生长在准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底上的大功率铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管和大功率半导体氮化镓基发光二极管等大功率半导体芯片和器件时，氮化铝陶瓷生长衬底作为导热良好的热沉，因此降低生产成本，简化了封装工艺，不需要使用复杂和昂贵的倒装焊技术。
生长在准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底上的半导体氮化镓基发光二极管的光取出效率提高，因为铝等具有高反射率的中间媒介层将半导体氮化镓基发光二极管发出的光反射出去。
本发明的目的和能达到的各项效果如下(1)本发明的目的是提供大面积高质量的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底，该准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底具有与氮化铝外延层和氮化镓基外延层极其接近的晶格常数和热胀系数。
(2)本发明的目的是提供高热导率的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底，可以作为大功率氮化镓基半导体芯片和器件的生长衬底。
(3)本发明提供高热导率的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底，可以作为热沉或热沉的一部分，简化封装工艺，降低生产成本。
(4)本发明的另一目的是提供低成本的批量生产高质量的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的技术和工艺。
下面的图表比较现有的半导体氮化镓基芯片和器件的生长衬底和本发明的准氮化铝生长衬底/准氮化镓基生长衬底的优缺点热胀系数匹晶格常数匹配配热导率晶片面积价格氮化镓晶片 优 优好差 差氮化铝晶片 优 优优差 差碳化硅晶片 好 差优差 差蓝宝石晶片 差 差差差 好硅晶片 差 差优优 优准氮化铝晶片/准氮化镓晶片 好 优优好 优
图1是本发明的生产准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的工艺流程。
图2a是本发明的准氮化铝生长衬底的第一个具体实施实例。
图2b是本发明的准氮化镓基生长衬底的第一个具体实施实例。
图2c是本发明的准氮化镓基生长衬底的第二个具体实施实例。
图2d是本发明的准氮化镓基生长衬底的第三个具体实施实例。
图2e是本发明的准氮化镓基生长衬底的第四个具体实施实例。
图2f是本发明的准氮化镓基生长衬底的第五个具体实施实例。
图2g是本发明的准氮化镓基生长衬底的第六个具体实施实例。
图2h是本发明的准氮化铝生长衬底的第二个具体实施实例。
图2i是本发明的准氮化铝生长衬底的第三个具体实施实例。
图2j是本发明的准氮化镓基生长衬底的第七个具体实施实例。
图2k是本发明的准氮化镓基生长衬底的第八个具体实施实例。
图2l是本发明的准氮化镓基生长衬底的第九个具体实施实例。
图2m是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十个具体实施实例。
图2n是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十一个具体实施实例。
图2p是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十二个具体实施实例。
具体实施实例和发明的详细描述本发明的具体化实施实例用于说明本发明的原理，而不是局限本发明于下列具体化实施实例。
注意下列各项
(1)图1展示生产大面积高导热率高质量的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的技术和工艺，相同的技术和工艺可以应用于其它准生长衬底的生产。
(2)本发明的用于生产准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷片，其它的与氮化铝外延层和氮化镓基外延层有相同或相近的热胀系数的材料。
(3)本发明中，由于氮化铝陶瓷生长衬底与生长于其上的氮化铝外延层或氮化镓基外延层有极其相近的热胀系数，因此，当在氮化铝陶瓷生长衬底上生长氮化铝外延层和氮化镓基外延层时，及在外延生长结束后的冷却过程中，氮化铝外延层或氮化镓基外延层与生长衬底之间的热胀系数的微小不同所产生的应力同样微小，因此氮化铝外延层或氮化镓基外延层内的位错和畸变的密度很低。
(4)由于上述(3)中的同样原因，当在本发明的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底上生长半导体氮化镓基发光二极管和铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管等半导体芯片和器件时，氮化镓基外延层(包括发光层)内的由于热胀系数的微小不同所产生的应力同样微小，因此位错和畸变的密度很低。
(5)为了在外延生长时，本发明的氮化铝陶瓷片生长衬底的边缘不会向上翘起，可以使用，但不限于，下述方法(1)非刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上；所述的托盘的材料包括，但不限于，钼；所述的非刚性固定的方法包括，但不限于，低熔点金属键合，非刚性机械夹具，或两者的组合；(2)利用红外热源对所述的生长衬底的上表面加热；(3)所述的生长衬底具有较高的热导率，因而使用较厚的生长衬底；(4)利用真空固定所述的生长衬底；(5)刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上，托盘的材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，及其它的与氮化铝有相同或相近的热胀系数的材料；(6)上述方法的组合。
当在准氮化铝生长衬底和准氮化镓生长衬底上生长半导体氮化镓基发光二极管和铝镓氮-氮化镓基高电子迁移率晶体管等半导体芯片和器件时，可使用相同的方法，使得准氮化铝生长衬底和准氮化镓生长衬底的边缘不会向上翘起。
(6)本发明的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的中间媒介层包括一层或多层，中间媒介层的每层的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于元素铝，钛，钒，铬，钪，锆，铪，钨，铊，镉，铟，金，等，上述元素的组合，上述元素的合金，及其它具有晶格常数与氮化铝和氮化镓的晶格常数接近的元素和合金。中间媒介层的厚度在埃到微米的范围。层叠的方法包括，但不限于真空蒸镀，溅镀淀积(sputtering)，和金属有机物化学气相淀积炉(MOCVD)外延生长，分子束外延生长(MBE)，化学镀，等。
(7)本发明的中间媒介层的表面层被氮化，使得生长于其上的氮化铝和氮化镓外延的质量提高。氮化层包括，但不限于氮化铝，氮化钛，等。
(8)本发明的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的外延层的一部分具有成份分层结构(compositionally graded layer)在该层的不同深度，每种成份之间的比例不同。成份分层结构包括，但不限于，氮化镓/铝镓氮/氮化铝(AlxGa1-xN)，其中0≤X≤1。例如，氮化镓/铝镓氮/氮化铝外延层与中间媒介层接触的表层的各种成份之间的比例使得外延层与中间媒介层之间的由于晶格常数的不同引起的应力最小。
(9)本发明中所述的“氮化镓基层”是从一组材料选出，所述的材料包括，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，例如，氮化镓，氮化铝，硼铝氮(BAlN)，硼镓氮(BGaN)，铝镓氮(AlGaN)，铝铟镓氮(AlInGaN)，铝镓氮磷(AlGaNP)，铝铟镓氮磷(AlInGaNP)等。
(10)本发明中，氮化镓基外延层的生长方法包括，但不限于，两步生长法在镓元素按化学计量少于氮元素的条件下，生长氮化镓基外延层；然后，在镓元素按化学计量多于氮元素的条件下，继续生长氮化镓基外延层。
图1展示本发明的批量生产以氮化铝陶瓷片作为生长衬底的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的工艺流程的一个具体实施实例。
工艺流程101为避免外延生长时氮化铝陶瓷片生长衬底的边缘向上翘起，因而可以使用大面积氮化铝陶瓷片作为生长衬底，采取下列方法(1)非刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上；所述的托盘的材料包括，但不限于，钼；所述的非刚性固定的方法包括，但不限于，低熔点金属键合，非刚性机械夹具，或两者的组合；(2)利用红外热源对所述的生长衬底的上表面加热；(3)所述的生长衬底具有较高的热导率，因而使用较厚的生长衬底；(4)利用真空固定所述的生长衬底；(5)刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上，托盘的材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，及其它的与氮化铝有相同或相近的热胀系数的材料；(6)上述方法的组合。。
工艺流程102在氮化铝陶瓷生长衬底上层叠中间媒介层。中间媒介层具有一层或多层结构，每一层的材料不同。中间媒介层的每一层的材料是从一组材料选出，所述的材料包括，但不限于，元素铝，钛，钒，铬，钪，锆，铪，钨，铊，镉，铟，金，上述元素的组合，上述金属的合金，等。层叠的方法包括，但不限于真空蒸镀，溅镀淀积，金属有机物化学气相淀积炉外延生长，分子束外延生长，等。
第一个具体实施实例在氮化铝陶瓷生长衬底上层叠铝。
第二个具体实施实例在氮化铝陶瓷生长衬底上层叠钛。
第三个具体实施实例在氮化铝陶瓷生长衬底上层叠铟，在铟层上层叠铝。
工艺流程103在中间媒介层上，层叠氮化铝层。层叠的方法包括，但不限于金属有机物化学气相淀积炉方法，分子束外延炉方法，溅镀淀积，和有偏压的磁控溅射(biased magnetron sputtering)方法。
第一个具体实施实例带有中间媒介层的表面层是铝的氮化铝陶瓷生长衬底放在金属有机物化学气相淀积炉中，使用三甲脂铝(trimethylaluminum，TMA)，氨气和氢气。在400-600摄氏度，生长厚度为0.1-500纳米的氮化铝层。升高温度到1000-1200摄氏度，继续生长有平滑表面的氮化铝层到预定的厚度，冷却到室温。
第二个具体实施实例带有中间媒介层的表面层是铝的氮化铝陶瓷生长衬底放在磁控溅射炉中，施加电压100-300伏，生长氮化铝层。
第三个具体实施实例带有中间媒介层的表面层是钛的氮化铝陶瓷生长衬底放在金属有机物化学气相淀积炉中，使用三甲脂铝(trimethylaluminum，TMA)，氨气和氢气。在400-600摄氏度，生长厚度为0.1-500纳米的氮化铝层。
如此得到的有氮化铝作为表面层的氮化铝陶瓷片是本发明的准氮化铝生长衬底的第一个具体实施实例，如图2a所示。
由于氮化铝陶瓷生长衬底与生长于其上的氮化铝外延层有极其相近的热胀系数，因此，当氮化铝陶瓷生长衬底与生长于其上的氮化铝外延层升高温度和冷却时，不会在氮化铝外延层内产生应力，位错和畸变。
可以由此继续进行工艺流程104或工艺流程105。
工艺流程104层叠氮化镓层。工艺流程104可以在完成工艺流程102，或工艺流程103，或工艺流程105，或工艺流程106，后实施。工艺流程104的优化的具体生长条件会因前一个工艺流程所生成的外延层的不同而有不同。
第一个具体实施实例在工艺流程103后，应用金属有机物化学气相淀积炉方法，温度为1000-1100摄氏度，使用三甲脂镓(TMG)，氨气和氢气，在氮化铝层上生长氮化镓层。
第二个具体实施实例采用两步法生长氮化镓层，包括两个步骤在镓元素按化学计量少于氮元素的条件下，例如镓元素与氮元素按化学计量的比小于1，生长氮化镓层，由此得到的氮化镓层的表面粗糙，可以减少可能生成的位错和畸变；增加三甲脂镓的流量，在镓元素按化学计量多于氮元素的条件下，继续生长氮化镓层，由此生长的氮化镓层的表面平滑，晶体质量高。
工艺流程105层叠成份分层结构，成份分层结构是从一组材料选出，所述的材料包括，但不限于，氮化镓/铝镓氮/氮化铝(AlxGa1-xN)，其中0≤X≤1。工艺流程105可以在完成工艺流程102，或工艺流程103，或工艺流程106，后实施。
一个具体实施实例带有氮化铝层的氮化铝陶瓷生长衬底放在金属有机物化学气相淀积炉中，在大气压下，使用三甲脂铝(TMA)，氨气和氢气。在400-600摄氏度，生长氮化铝层(X＝1)。升高温度到1000-1100摄氏度，继续生长有平滑表面的氮化铝层到预定的厚度。引进三甲脂镓(TMG)，并减小三甲脂铝的流量，生长铝镓氮层(X＜1)，继续增大三甲脂镓的流量，减小三甲脂铝的流量，直到X＝0，生长氮化镓层。
工艺流程106在工艺流程102的中间媒介层上，对中间媒介层中的金属进行氮化，例如铝，钛，等，成为氮化铝，氮化钛，等。
第一个具体实施实例带有中间媒介层是铝的氮化铝陶瓷生长衬底放入金属有机物化学气相淀积炉中，在400-700℃，通入氮气约10-40分鍾，在铝层的表面形成氮化铝层。如此得到的有氮化铝作为表面层的氮化铝陶瓷片是本发明的准氮化铝生长衬底的一个具体实施实例。
第二个具体实施实例带有中间媒介层是钛的氮化铝陶瓷生长衬底放入金属有机物化学气相淀积炉中，在1000-1100℃，通入氨气和氢气，10-50分鍾，在钛层的表面形成氮化钛层。
对中间媒介层中的金属进行氮化后，可以继续进行工艺流程103，或工艺流程104，或工艺流程105。
图2a是本发明的准氮化铝生长衬底的第一个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，氮化铝层203层叠在中间媒介层202上。该准氮化铝生长衬底是由工艺流程101，102，和103制成。
图2b是本发明的准氮化镓基生长衬底的第一个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，氮化铝层203层叠在中间媒介层202上。氮化镓基层204层叠在氮化铝层203上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，103，和104制成。
图2c是本发明的准氮化镓基生长衬底的第二个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，氮化铝层203层叠在中间媒介层202上。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化铝层203上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，103，和105制成。
图2d是本发明的准氮化镓基生长衬底的第三个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，氮化铝层203层叠在中间媒介层202上。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化铝层203上。氮化镓基层204层叠在成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，103，105，和104制成。
图2e是本发明的准氮化镓基生长衬底的第四个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在中间媒介层202上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，和105制成。
图2f是本发明的准氮化镓基生长衬底的第五个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在中间媒介层202上。氮化镓基层204层叠在成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，105，和104制成。
图2g是本发明的准氮化镓基生长衬底的第六个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，氮化镓基层204层叠在中间媒介层202上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，和104制成。
图2h是本发明的准氮化铝生长衬底的第二个具体实施实例。中间媒介层202是铝层，层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，该铝层的上表面被氮化为氮化铝层206。该准氮化铝生长衬底是由工艺流程101，102和106制成。
图2i是本发明的准氮化铝生长衬底的第三个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，中间媒介层202的上表面被氮化为氮化层207。氮化铝层203层叠在氮化层207上。该准氮化铝生长衬底是由工艺流程101，102，106和103制成。
图2j是本发明的准氮化镓基生长衬底的第七个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。氮化铝层203层叠在氮化层207上。氮化镓基层204层叠在氮化铝层203上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，106，103和104制成。
图2k是本发明的准氮化镓基生长衬底的第八个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。氮化铝层203层叠在氮化层207上。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化铝层203上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，106，103和105制成。
图2l是本发明的准氮化镓基生长衬底的第九个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。氮化铝层203层叠在氮化层207上。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化铝层203上。氮化镓基层204层叠在成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205上。该准氮化铝生长衬底是由工艺流程101，102，106，103，105，和104制成。
图2m是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化层207上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，106，和105制成。
图2n是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十一个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205层叠在氮化层207上。氮化镓基层204层叠在成份分层结构氮化镓/铝镓氮/氮化铝205上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，106，105，和104制成。
图2p是本发明的准氮化镓基生长衬底的第十二个具体实施实例。中间媒介层202层叠在氮化铝陶瓷生长衬底201上，其上表面被氮化为氮化层207，该氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。氮化镓基层204层叠在氮化层207上。该准氮化镓基生长衬底是由工艺流程101，102，106，和104制成。
权利要求
1.准氮化铝生长衬底，组成部分包括，但不限于，-生长衬底；其中，所述的生长衬底是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，其它的与氮化铝外延层和氮化镓基外延层有相同或相近的热胀系数的材料；-中间媒介层；其中，所述的中间媒介层层叠在所述的生长衬底上；其中，所述的中间媒介层具有一层或多层结构，每层的材料不同；其中，所述的中间媒介层的每层的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于，元素铝，钛，钒，铬，钪，锆，铪，钨，铊，镉，铟，金，等，所述的元素的不同的组合，所述的元素的合金；其中，所述的中间媒介层的厚度在埃到微米的范围；-氮化铝层；其中，所述的氮化铝层层叠在所述的中间媒介层上；其中，所述的氮化铝层是，但不限于，(1)外延生长在所述的中间媒介层上的氮化铝层；(2)当所述的中间媒介层的表面层是铝层时，由氮化所述的中间媒介层的表面铝层得到的氮化铝层；(3)上述(1)和(2)的组合。
2.权利要求1的准氮化铝生长衬底，进一步包括，氮化层；其中，所述的氮化层层叠在所述的中间媒介层和所述的氮化铝层之间；所述的氮化层是对所述的中间媒介层进行氮化而得到；所述的氮化层包括，但不限于，氮化钛，等。
3.准氮化镓基生长衬底，组成部分包括，但不限于，-生长衬底；其中，所述的生长衬底的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，其它的与氮化铝外延层和氮化镓基外延层有相同或相近的热胀系数的材料；-中间媒介层；其中，所述的中间媒介层层叠在所述的生长衬底上；其中，所述的中间媒介层具有一层或多层结构，每一层的材料不同；其中，所述的中间媒介层的每层的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于，元素铝，钛，钒，铬，钪，锆，铪，钨，铊，镉，铟，金，等，所述的元素的不同的组合，所述的元素的合金；其中，所述的中间媒介层的厚度在埃到微米的范围；-外延层；其中，所述的外延层层叠在所述的中间媒介层上；其中，所述的外延层包括，但不限于，氮化铝层，氮化镓基层，成份分层结构，或它们的组合；其中，所述的氮化镓基层是从一组材料系(material system)选出，该组材料系包括，但不限于，由元素镓，铝，硼，铟，氮，磷所组成的二元系，三元系，四元系，或五元系，例如，氮化镓，硼铝氮(BAlN)，硼镓氮(BGaN)，铝镓氮(AlGaN)，铝铟镓氮(AlInGaN)，铝镓氮磷(AlGaNP)，铝铟镓氮磷(AlInGaNP)，等，以及它们的组合；其中，所述的成份分层结构包括，但不限于氮化镓/铝镓氮/氮化铝(AlxGa1-xN)，其中，0≤X≤1，等。
4.权利要求3的准氮化镓基生长衬底，进一步包括，氮化层；其中，所述的氮化层是对所述的中间媒介层的表面进行氮化而得到；其中，所述的氮化层包括，但不限于氮化铝，氮化钛，等。
5.一种生长准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的技术和工艺流程，包括，但不限于，-准备生长衬底；其中，所述的生长衬底的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，其它的与氮化铝外延层和氮化镓基外延层有相同或相近的热胀系数的材料；-层叠中间媒介层在所述的生长衬底上；其中，所述的层叠的方法包括，但不限于，真空蒸镀，溅镀淀积，金属有机物化学气相淀积炉外延生长，分子束外延生长，等；其中，所述的中间媒介层具有一层或多层结构，每一层的材料不同；其中，所述的中间媒介层的每层的材料是从一组材料选出，该组材料包括，但不限于，元素铝，钛，钒，铬，钪，锆，铪，钨，铊，镉，铟，金，等，所述的元素的组合，所述的元素的合金；-在所述的中间媒介层上层叠外延层；其中，所述的层叠的方法包括，但不限于，金属有机物化学气相淀积炉外延生长，分子束外延生长，有偏压的磁控溅射(Biased Magnetron sputtering)，等；其中，所述的外延层包括，但不限于，氮化铝层，氮化镓基层，成份分层结构，或它们的组合；其中，所述的成份分层结构包括，但不限于氮化镓/铝镓氮/氮化铝(AlxGa1-xN)，其中，0≤X≤1，等；其中，所述的氮化镓基层是从一组材料系选出，该材料系包括，但不限于，由元素镓，铝，硼，铟，氮，磷所组成的二元系，三元系，四元系，或五元系，例如，氮化镓，硼铝氮(BAlN)，硼镓氮(BGaN)，铝镓氮(AlGaN)，铝铟镓氮(AlInGaN)，铝镓氮磷(AlGaNP)，铝铟镓氮磷(AlInGaNP)，等，以及它们的组合。
6.权利要求5的生长准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的技术和工艺流程，进一步包括，氮化所述的中间媒介层的表面以形成氮化层；其中，所述的氮化层包括，但不限于，氮化铝，氮化钛，等。
7.权利要求5的生长准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底的技术和工艺流程，在所述的准备生长衬底的工艺流程中，进一步包括下述工艺步骤之一，以便在生长外延层时，所述的生长衬底的边缘不会向上翘起(1)非刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上；所述的托盘的材料包括，但不限于，钼；所述的非刚性固定的方法包括，但不限于，低熔点金属键合，非刚性机械夹具，或两者的组合；(2)利用红外热源对所述的生长衬底的上表面加热；(3)所述的生长衬底具有较高的热导率，因而使用较厚的生长衬底；(4)利用真空固定所述的生长衬底；(5)刚性固定所述的生长衬底于一个导热良好的托盘上，托盘的材料包括，但不限于，氮化铝陶瓷，及其它的与氮化铝有相同或相近的热胀系数的材料；(6)上述方法的组合。
全文摘要
本发明揭示大面积高质量高热导率的准氮化铝生长衬底和准氮化镓基生长衬底及其在氮化铝陶瓷片上生长的技术和工艺。由此得到的生长衬底可以减小氮化镓基外延层和生长衬底之间的晶格常数和热胀系数的差别，具有优良的热导率，可以应用于低成本的生长高质量大功率的半导体氮化镓基发光二极管和铝镓氮－氮化镓基高电子迁移率晶体管(HEMT)等半导体芯片和器件。该技术和工艺的一个具体实施实例中间媒介层(包括铝和钛等)层叠在氮化铝陶瓷生长衬底上，中间媒介层的表面层氮化成为氮化层(包括氮化铝和氮化钛等)，氮化铝外延层生长在氮化层上，氮化铝外延层和氮化铝陶瓷生长衬底构成准氮化铝生长衬底。在氮化铝层上进一步生长氮化镓基外延层，构成准氮化镓基生长衬底。
文档编号H01L21/00GK1617298SQ200410091050
公开日2005年5月18日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者彭晖, 彭一芳 申请人:金芃