专利名称：Iii族氮化物复合衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及III族氮化物复合衬底，其包含支持衬底和III族氮化物层，并且支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度高。
背景技术：
适用于半导体装置的III族氮化物衬底例如AlxInyGa1IyN衬底(O彡x，0彡y，x+y ^ D的制造成本高。因此，使用这种III族氮化物衬底的半导体装置要求高制造成本。鉴于上述情况，提出了作为相对低成本的III族氮化物复合衬底的用于半导体装置的衬底来代替昂贵的厚III族氮化物衬底，其中在支持衬底上形成薄III族氮化物层。例如，日本特开2006-210660号公报(专利文献I)公开了一种用于制造半导体衬底的方法， 其中在硅衬底等上形成氮化物半导体膜例如GaN或A1N。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2006-210660号公报
发明内容
技术问题然而，日本特开2006-210660号公报(专利文献I)中公开的半导体衬底具有因为III族氮化物层直接位于作为支持衬底的硅衬底等上并与其结合，所以结合强度弱的问题。因此，本发明的目的是提供一种支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度高的III族氮化物复合衬底。解决问题的手段根据一个方面，本发明是III族氮化物复合衬底,其包含支持衬底,在支持衬底上形成的氧化物膜和在氧化物膜上形成的III族氮化物层。在本发明的III族氮化物复合衬底中，所述氧化物膜可以为选自由TiO2膜和SrTiO3膜组成的组中的膜。在所述氧化物膜中可以添加有杂质。在此，所述杂质可包含选自由Nb和La组成的组中的至少一种元素。所述支持衬底可以为III族氮化物支持衬底。或者，所述支持衬底可以为蓝宝石支持衬底。发明效果根据本发明，提供一种支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度高的III族氮化物复合衬底。
图I是示出本发明III族氮化物复合衬底的实例的示意性横截面图。图2是示出用于制造本发明III族氮化物复合衬底的方法的实例的示意性横截面图。
具体实施例方式[III族氮化物复合衬底]参考图I，本发明实施方式中的III族氮化物复合衬底I包含支持衬底10、在支持衬底10上形成的氧化物膜20、和在氧化物膜20上形成的III族氮化物层30a。因为支持衬底10和III族氮化物层30a在其间插入氧化物膜20的情况下相互结合，所以本实施方式的III族氮化物复合衬底I在支持衬底10和III族氮化物层30a之间具有显著高的结
合强度。支持衬底支持衬底10不受特别限制，只要能够在所述支持衬底上形成氧化物膜20即可。所述支持衬底的优选实例为蓝宝石支持衬底、Si支持衬底、SiC支持衬底、III族氮化物支持 衬底等。在此，为了减少III族氮化物复合衬底中支持衬底和III族氮化物层之间的热膨胀系数差，优选III族氮化物支持衬底。所述III族氮化物支持衬底可以为单晶体、多晶体例如非取向性多晶体(例如烧结体)或取向性多晶体、或非晶体。为了降低制造成本，所述支持衬底优选为多晶体或非晶体。为了提高III族氮化物复合衬底的透光性，优选蓝宝石支持衬底。另外，支持衬底10的厚度不受特别限制，只要所述厚度能够支持氧化物膜20和III族氮化物层30a即可。为了易于操作，优选300μπι以上的厚度。为了降低材料的成本，优选1000 μ m以下的厚度。氧化物膜氧化物膜20不受特别限制，只要所述氧化物膜满足以下条件即可能够在所述氧化物膜上形成III族氮化物层30a ;能够在支持衬底10上形成氧化物膜；并且所述氧化物膜提供支持衬底10和III族氮化物层30a之间的高结合强度。所述氧化物膜的优选实例为TiO2膜、SrTiO3膜、Ga2O3膜、Al2O3膜等。为了提高来自III族氮化物层的透光性，所述氧化物膜优选为高折射率的氧化物膜，其例如为选自由TiO2膜(折射率约2. 8)和SrTiO3膜(折射率约2. 4)组成的组中的膜。另外，为了赋予导电性，优选在氧化物膜20中添加有杂质。在此，为了提高导电性并提高支持衬底10和III族氮化物层30a之间的结合强度，所述杂质例如优选包括选自由Nb和La组成的组中的至少一种元素。另外，从添加的杂质在提高导电性和结合强度上的效果高方面来看，所述杂质可包括Sb、Mo、Fe、Al、Sn、Pt、I、B、N等中的任意元素。包含在氧化物膜20中的杂质的浓度不受特别限制。为了提高导电性，所述浓度优选为O. 01质量％以上。为了提高透光性，所述浓度优选为I质量％以下。另外，氧化物膜20的厚度不受特别限制，只要所述厚度使得可提高支持衬底10和III族氮化物层30a之间的结合强度即可。为了提高结合强度，所述厚度优选为50nm以上。为了降低成膜的成本，所述厚度优选为IOOOnm以下。III族氮化物层III族氮化物层30a是指由III族氮化物例如AlxInyGa1IyN(O彡x, O彡y, x+y彡I)形成的层。III族氮化物层30a优选为单晶体以使得可以在III族氮化物层上生长高结晶性外延层。
III族氮化物层30a的厚度不受特别限制，只要所述厚度能使得在III族氮化物层上生长高结晶性外延层即可。为了形成III族氮化物层30a而不引起其破裂，所述厚度优选为IOOnm以上。为了提高III族氮化物层30a的厚度的精度并防止结晶性由于离子注入而降低，所述厚度优选为1000 μ m以下。[用于制造III族氮化物复合衬底的方法]参考图2，用于制造本实施方式的III族氮化物复合衬底I的方法不受特别限制，并包括例如，准备支持衬底10并在该支持衬底10上形成氧化物膜20的步骤(图2 (A))，以及在形成在支持衬底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物层30a以由此获得III族氮化物复合衬底I的步骤(图2(B)至图2(D))。这种制造方法可用于有效地获得其中支持衬底10和III族氮化物层30a之间的结合强度高的III族氮化物复合衬底I。参考图2 (A)，准备支持衬底10并在该支持衬底10上形成氧化物膜20的步骤可包括准备支持衬底10的子步骤和在所述支持衬底10上形成氧化物膜20的子步骤。 在准备支持衬底10的子步骤中，可通过适合于支持衬底的材料和形状的一般方法来准备支持衬底10。例如，可通过将由气相法例如HVPE(氢化物气相外延法)或升华法、或液相法例如助熔剂法或高氮压溶液生长法获得的III族氮化物晶体加工成预定形状而准备III族氮化物支持衬底。可通过将蓝宝石晶体加工成预定形状而准备蓝宝石支持衬
。在支持衬底10上形成氧化物膜20的子步骤中，用于在支持衬底10上形成氧化物膜20的方法不受特别限制，只要所述方法适合用于形成这种氧化物膜20即可。可使用一般方法例如溅射、脉冲激光淀积、分子束外延、电子束气相淀积或化学气相淀积。参考图2(B)至图2(D)，在形成在支持衬底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物层30a以由此获得III族氮化物复合衬底I的步骤可包括将离子I注入到距III族氮化物衬底30的主表面30η为特定深度的区域中的子步骤(图2(B))，将位于III族氮化物衬底30的离子注入区30i (注入离子的区域，在以下说明中同样适用)侧上的主表面30η附着到在支持衬底10上形成的氧化物膜20上的子步骤(图2(C))，以及沿离子注入区30i将III族氮化物衬底30分离成III族氮化物层30a和剩余的III族氮化物衬底30b以在形成在支持衬底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物层30a的子步骤(图2(D))。在图2(B)中所示的将离子I注入到距III族氮化物衬底30的主表面30η为特定深度的区域中的子步骤中，离子注入的深度不受特别限制并优选不小于IOOnm且不大于1000 μ m。如果离子注入的深度小于lOOnm，则通过沿其离子注入区30i分离III族氮化物衬底30而形成的III族氮化物层30a容易破裂。如果深度大于1000 μ m,则产生宽离子分布，这使得难以调节衬底分离处的深度并由此使得难以调节III族氮化物层30a的厚度。另夕卜，注入离子的种类不受特别限制。为了防止形成的III族氮化物层的结晶性下降，优选轻质量的离子。例如，优选氢离子、氦离子等。由此形成的离子注入区30i由于注入的离子而脆化。在图2(C)中所示的将位于III族氮化物衬底30的离子注入区30i侧上的主表面30η附着到在支持衬底10上形成的氧化物膜20上的子步骤中，所述附着方法不受特别限制。为了在附着后即使在高温气氛中也可以保持结合强度，优选诸如如下的方法直接结合法，根据所述方法将待相互附着的表面清洁并直接相互附着，然后升温至约600°C至约1200°C，从而使它们相互结合；或表面活化法，根据所述方法将待相互附着的表面通过等离子体、离子等活化并在约室温(例如25°C )至约40(TC的低温下相互结合。在图2(D)中所示的沿离子注入区30i将III族氮化物衬底30分离成III族氮化物层30a和剩余的III族氮化物衬底30b以在形成在支持衬底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物层30a的子步骤中，沿其离子注入区30i分离III族氮化物衬底30的方法不受特别限制，只要所述方法对III族氮化物衬底30的离子注入区30i施加特定能量即可。可使用对离子注入区30i施加压力的方法，对其施加热的方法，对其施加光的方法，以及对其施加超声波的方法中的至少任一种。因为该离子注入区30i由于注入的离子而脆化，所以III族氮化物衬底30接受上述能量而易于分离成附着到形成在支持衬底10上的氧化物膜20上的III族氮化物层30a，和剩余的III族氮化物衬底30b。以这种方式，在支持衬底10上的氧化物膜20上形成III族氮化物层30a以由此获得III族氮化物复合衬底I，其包含支持衬底10、在支持衬底10上形成的氧化物膜20、和在氧化物膜20上形成的III族氮化物层30a。
关于上述用于制造III族氮化物复合衬底的方法，对使用离子注入法形成III族氮化物层30a的情况给出了说明。然而，也可以通过将未注入离子的III族氮化物衬底附着到在支持衬底上形成的氧化物膜上，并且然后沿距III族氮化物晶体的附着主表面为预定深度的面分离III族氮化物晶体而形成所述III族氮化物层。在这种情况下，分离III族氮化物衬底的方法不受特别限制，并且可使用例如借助于线锯、内径刀片、外径刀片等切割的方法。[实施例]实施例Al-AlOI.支持衬底的准备参考图2 (A)，从借助于HVPE法生长的GaN晶体(未示出)中切割出直径为50mm且厚度为500 μ m的10个衬底，并将主表面抛光以准备10个GaN支持衬底(支持衬底10)。2.支持衬底上的氧化物膜的形成参考图2 (A)，使用溅射法在10个GaN支持衬底(支持衬底10)上分别生长厚度为300nm的10种不同的TiO2膜(氧化物膜20)。在此，10种不同的TiO2膜为不添加杂质的TiO2膜(实施例Al);添加O. 01质量％Nb的TiO2膜(实施例A2);添加O. 01质量％La的TiO2膜(实施例A3);添加O. 01质量％Nb和O. 01质量％La的TiO2膜(实施例A4);添加O. I质量%Nb的TiO2膜(实施例A5);添加O. I质量%La的TiO2膜(实施例A6);添加O. I质量％Nb和O. I质量％La的TiO2膜(实施例A7);添加I质量％Nb的TiO2膜(实施例A8);添加I质量％La的TiO2膜(实施例A9);添加I质量％Nb和I质量％La的TiO2膜(实施例A10)。将结果总结在表I中。3.氧化物膜上的III族氮化物层的形成参考图2⑶，从借助于HVPE法生长的GaN晶体(未示出)中切割出直径为50mm且厚度为500 μ m的10个衬底，并将主表面抛光以准备10个GaN衬底(III族氮化物衬底30)，并将氢离子注入至距每个衬底的主表面30η为300nm的深度。参考图2 (C)，用氩等离子体将10个GaN支持衬底(支持衬底10)上的TiO2膜(氧化物膜20)的主表面和10个GaN衬底(III族氮化物衬底30)的离子注入侧上的主表面30η分别纯化，并且然后用SMPa的结合压力附着。参考图2 (D)，将通过使其相互附着而各自形成的所得10个衬底在300°C下热处理两个小时以由此提高通过使其相互附着而各自形成的衬底的结合强度。另外，沿其离子注入区30i将GaN衬底(III族氮化物衬底)分离以由此在TiO2膜(氧化物膜20)上形成厚度为300nm的GaN层(III族氮化物层30a)。因此，获得10个III族氮化物复合衬底1，其中依次形成GaN支持衬底(支持衬底10) ,TiO2膜(氧化物膜20)、和GaN层(III族氮化物层 30a)ο4.支持衬底和III族氮化物层之间结合强度的测量从由此获得的10个III族氮化物复合衬底I的每一个，制备主表面大小为12mmX 12mm的五个样品。用环氧化物粘合剂将每个样品的GaN支持衬底(支持衬底10)和GaN层(III族氮化物层30a)固定到测量夹具上。在25°C的气氛温度和O. Imm/秒的拉伸速度下，测量样品断裂或破裂时GaN支持衬底(支持衬底10) -TiO2膜(氧化物膜20) -GaN层(III族氮化物层30a)之间的结合强度。样品在TiO2膜(氧化物膜20)和GaN层(III 族氮化物层30a)之间的结合界面处全都断裂或破裂。以如下方式将这种结合强度表示为相对结合强度。测量由一个III族氮化物复合衬底获得的五个样品的结合强度的平均值。另外，测量下述比较例Rl(其中GaN支持衬底(支持衬底10)和GaN层(III族氮化物层30a)直接相互附着而不在其间插入TiO2膜(氧化物膜20)的实例)的五个样品的结合强度的平均值(将比较例Rl的结合强度平均值表示为I)。相对结合强度是实施例的平均结合强度相对于比较例Rl的平均结合强度的值。将结果总结在表I中。比较例RlI.支持衬底的准备以与实施例Al相同的方式,准备一个GaN支持衬底(支持衬底)。2.支持衬底上的III族氮化物层的形成以与实施例Al相同的方式，准备一个GaN衬底(III族氮化物衬底)并将氢离子注入至距所述GaN衬底的主表面为300nm的深度。随后，用氩等离子体将GaN支持衬底(支持衬底)的主表面和GaN衬底(III族氮化物衬底)的离子注入侧上的主表面分别纯化，并且然后用SMPa的结合压力相互附着。随后，将通过使其相互附着而获得的衬底在300°C下热处理两个小时以由此提高通过使其相互附着而获得的衬底的结合强度。另外，沿其离子注入区将GaN衬底(III族氮化物衬底)分离以由此获得III族氮化物复合衬底，其中在GaN支持衬底(III族氮化物支持衬底)上直接形成厚度为300nm的GaN层(III族氮化物层)。3.支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度的测量以与实施例Al相同的方式，测量获得的III族氮化物复合衬底中的支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度。样品在GaN支持衬底(支持衬底)和GaN层(III族氮化物层)之间的结合界面处全都断裂。将结果总结在表I和2中。表I
权利要求
1.一种III族氮化物复合衬底，其包含 支持衬底(10)； 在所述支持衬底(10)上形成的氧化物膜(20);和 在所述氧化物膜(20)上形成的III族氮化物层(30a)。
2.根据权利要求I所述的III族氮化物复合衬底，其中所述氧化物膜(20)为选自由TiO2膜和SrTiO3膜组成的组中的膜。
3.根据权利要求I所述的III族氮化物复合衬底，其中在所述氧化物膜(20)中添加有杂质。
4.根据权利要求3所述的III族氮化物复合衬底,其中所述杂质包含选自由Nb和La组成的组中的至少一种元素。
5.根据权利要求I所述的III族氮化物复合衬底，其中所述支持衬底(10)为III族氮化物支持衬底。
6.根据权利要求I所述的III族氮化物复合衬底，其中所述支持衬底(10)为蓝宝石支持衬底。
全文摘要
一种III族氮化物复合衬底(1)，其包含支持衬底(10)；在所述支持衬底(10)上形成的氧化物膜(20)；和在所述氧化物膜(20)上形成的III族氮化物层(30a)。所述氧化物膜(20)可以为选自由TiO2膜和SrTiO3膜组成的组中的膜，并且在所述氧化物膜中可添加有杂质。因此，提供其中支持衬底和III族氮化物层之间的结合强度高的III族氮化物复合衬底。
文档编号H01L27/12GK102906857SQ20118002548
公开日2013年1月30日 申请日期2011年11月7日 优先权日2010年11月12日
发明者佐藤一成, 吉田浩章, 山本喜之, 八乡昭广, 松原秀树 申请人:住友电气工业株式会社