复合基板、其制造方法、功能元件以及晶种基板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种13族元素氮化物复合基板的制作方法、通过该方法制作的外延晶片以及电子器件。
【背景技术】
[0002](助熔剂法)
[0003]通过作为液相法之一的助熔剂法，能够得到位错密度低的氮化镓单晶基板。利用助熔剂法使GaN单晶生长时，一般情况下，使用晶种，以晶种为起点，使GaN生长。生长用基板使用通过M0CVD法、HVPE法等气相法在蓝宝石基板上生长了 1?20 μ m左右的晶种层而得到的晶片(晶种基板)(专利文献1)。
[0004](M0CVD 法)
[0005]正在积极采用如下方法:代替现有的蓝宝石基板，在硅基板上，通过有机金属化学气相生长(M0CVD)法将氮化物半导体成膜，形成大功率器件结构、LED元件结构。硅基板的优点是能够获得大尺寸的晶片。
[0006](复合基板)
[0007]制作蓝色LED、蓝紫色半导体激光器和功率半导体等半导体器件时，可以使用将基底基板和包含氮化镓等III族氮化物的基板贴合而得的复合基板(专利文献2)。
[0008]使用氮化镓薄膜的大功率器件、LED元件，在元件形成工序后，从提高散热性的观点考虑，一般做法是将硅基板、蓝宝石基板磨薄，并贴合在热传导性更高的氧化铝、A1N多晶基板等上。
[0009]现有技术文献
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1:(通过 M0CVD 法得到的 Si 基 GaN):“High power AlGaN/GaNHFET with a high breakdown voltage of over 1.8kV on 4inch Si substratesand the suppress1n of current collapse,,，Nariaki Ikeda，Syuusuke Kaya, JiangLi, Yoshihiro Sato,Sadahiro Kato，Seikoh Yoshida，Proceedings of the 20thInternat1nal Symposium on Power Semiconductor Devices&IC’ s May 18-22，20080ralando，FL”，pp.287-290
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:TO2010/084675
[0014]专利文献2:日本特开2012 — 124473号公报
【发明内容】
[0015]在使用硅基板的情况下，特别是用于大功率器件用途时，为了制成高耐压器件，必须将GaN、AlGaN、A1N等复杂地层叠而形成多层膜结构，在其上厚厚地形成GaN层(非专利文献1)。而且，在硅基板上通过M0CVD法形成的GaN薄膜难以降低位错密度。
[0016]如果想要通过助熔剂法获得大尺寸的晶片，则需要与该晶片尺寸相同程度或更大尺寸的晶种基板。与蓝宝石基板相比，硅基板能够容易且廉价地获得大尺寸的晶片，所以如果能够通过M0CVD法在硅基板上形成GaN薄膜，制成晶种基板，则对工业是有用的。但是，一般来说，使用带硅基板的晶种基板时，难以通过助熔剂法获得GaN单晶。原因在于硅容易溶解在用作助熔剂的钠中，进而，如果助熔剂中的硅浓度升高，则GaN结晶的培养速度极度降低，GaN结晶几乎不生长。实际上，将使用硅基板的晶种基板用于通过助熔剂法培养单晶GaN时，硅基板完全熔融在助熔剂中，几乎看不到GaN单晶的生长。另外，容易想象即使能够尽量抑制硅熔融，只要有微量的硅溶解在助熔剂中，就会作为不希望的杂质混入GaN结晶中，所以难以控制GaN单晶的载流子浓度。
[0017]本发明涉及以下内容。
[0018](1) 一种复合基板，其特征在于，包括:
[0019]多晶陶瓷基板，
[0020]硅基板，直接接合于所述多晶陶瓷基板，
[0021]晶种膜，包含13族元素氮化物，通过气相法设置在所述硅基板上，以及，
[0022]氮化镓结晶层，通过助熔剂法在该晶种膜上结晶生长而成。
[0023](2)根据(1)所述的复合基板，其特征在于，上述13族元素氮化物为氮化镓。
[0024](3)根据(1)或(2)所述的复合基板，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化铝或者氮化铝形成。
[0025](4)根据(1)?(3)中任意一项所述的复合基板，其特征在于，上述硅基板被薄层化。
[0026](5)根据(4)所述的复合基板，其特征在于，所述硅基板被薄层化至厚度为0.2微米?8微米。
[0027](6) 一种功能元件，其特征在于，包括:
[0028](1)?(5)中的任一项所述的复合基板，以及，
[0029]功能层，包含13族元素氮化物，通过气相法形成在所述氮化镓结晶层上。
[0030](7)根据(6)所述的功能元件，其特征在于，上述功能层具有发光功能。
[0031](8) 一种复合基板的制造方法，其特征在于，包括:
[0032]成膜工序，在将多晶陶瓷基板和硅基板直接接合而成的复合基板的所述硅基板上，通过气相法形成晶种膜，所述晶种膜包含13族元素氮化物；以及，
[0033]培养工序，通过助熔剂法，在所述晶种膜上培养氮化镓结晶层。
[0034](9)根据(8)所述的方法，其特征在于，上述13族元素氮化物为氮化镓。
[0035](10)根据(8)或(9)所述的方法，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化铝或者氮化铝形成。
[0036](11)根据⑶?(10)所述的方法，其特征在于，包括:将所述硅基板薄层化的工序。
[0037](12)根据(11)所述的方法，其中，所述硅基板被薄层化至厚度为0.2微米?8微米。
[0038](13) 一种晶种基板，其特征在于，包括:
[0039]多晶陶瓷基板，
[0040]硅基板，直接接合于所述多晶陶瓷基板，以及，
[0041]晶种膜，包含13族元素氮化物，通过气相法设置在所述硅基板上。
[0042](14)根据(13)所述的晶种基板，其特征在于，上述13族元素氮化物为氮化镓。
[0043](15)根据(13)或(14)所述的晶种基板，其中，上述多晶陶瓷基板由氧化铝或者氮化铝形成。
[0044](16)根据(13)?(15)所述的晶种基板，其特征在于，上述硅基板被薄层化。
[0045](17)根据(16)所述的晶种基板，其特征在于，所述硅基板被薄层化至厚度为0.2微米?8微米。
[0046]通过直接接合，将氧化铝、A1N的多晶陶瓷基板贴合在硅基板上，进行复合化，使用这样得到的基底基板，优选将该硅基板加工成薄板，然后，通过气相法(特别是M0CVD法)在硅面上形成包含13族元素氮化物的晶种膜。以该基板为晶种基板，应用助熔剂法。由此，在应用助熔剂法时阻碍生长的硅不会接触助熔剂，能够在GaN薄膜上厚厚地形成结晶性良好的液相法GaN，制成GaN模板基板(复合基板)。
[0047]进而，优点是:通过硅基板和多晶陶瓷基板的复合化，能够抑制在13族元素氮化物厚膜生长时产生的应力所导致的翘曲、裂纹。因此，即使为了通过M0CVD法在硅基板上制作高耐压大功率器件而需要形成厚的GaN层的情况下，也能够大幅简化或省略复杂的多层应力缓和层，能够提高生产率。
[0048]如上所述，使用在廉价且尺寸大的硅基板和多晶陶瓷基板复合化而成的基底基板上使氮化镓生长而得的晶种基板，能够获得结晶性良好的GaN模板基板。结果，不使用通常使用的昂贵的单晶SiC，就能够提尚LED、大功率器件的性能，进而提尚散热性。
[0049]进而，因为通过在将硅基板和多晶陶瓷基板复合化而成的基底基板的硅上设置晶种膜，将硅基板的两侧的主面用多晶陶瓷和晶种膜被覆，所以，能够抑制在利用助熔剂法进行结晶培养时硅基板被熔液溶解的情况。对硅基板实施薄层化加工时，防溶解效果进一步
[0050]特别是将该硅基板薄层化的情况下，不必对硅基板的侧面进行被覆，就能够将硅基板与熔液的接触限制在最小限度，所以能够降低制造成本。
【附图说明】
[0051]图1(a)是表示在多晶陶瓷基板上形成了硅基板1的状态的示意图，图1(b)是表不基底基板7的不意图，图1(c)是表不晶种基板8的不意图。
[0052]图2(a)是表示复合基板9的示意图，图2(b)是表示发光元件10的示意图。
【具体实施方式】
[0053]如图1 (a)所示，将硅基板1直接接合于多晶陶瓷基板2。lb是硅基板与多晶陶瓷基板的接合面，la是露出的主面，7是露出的侧面。接下来，如图1(b)所示，对硅基板1进行薄层化加工，形成薄层化的硅基板1A。lc是实施了薄层化的硅基板的加工面，7A是露出的侧面。由该硅基板1A和多晶陶瓷基板2形成基底基板7。
[0054]接下来，如图1 (c)所示，在硅基板1A的加工面lc上形成晶种膜3，得到晶种基板8。
[0055]接下来，如图2(a)所示，在晶种膜3上，通过助熔剂法形成氮化镓结晶层4，得到GaN模板基板(复合基板)9。接下来，根据需要，在GaN模板基板9上形成发光元件结构5，得到功能元件10(图2(b))。
[0056]作为多晶陶瓷基板2，可以举出氧化铝、氮化铝等。
[0057]作为多晶陶瓷基板和硅基板的接合方法，例如可以对两基板进行研磨，照射氩气电子束，在真空中使研磨面彼此接触，并施加载荷而进行直接接合。
[0058]优选通过对硅基板进行薄层化加工，将厚度降低至例如8 μπι以下。作为薄层化加工，优选研磨加工。薄层化加工后的硅基板的厚度优选为8 μπι以下，更优选为3 μπι以下。通过像这样地减薄硅基板，硅基板的侧面向熔液中溶解的情况得到显著抑制。
[0059]另外，从薄层化加工的观点考虑，被薄层化的硅基板的厚度通常为0.2 μπι以上，优选为0.5 μπι以上。
[0060]没有对硅基板进行薄层化加工的情况下，也可以通过尽可能减薄最初与多晶陶瓷基板接合阶段的硅基板来抑制硅基板的侧面与熔液的接触。这种情况下，也优选硅基板的厚度在30 μ m以下。
[0061]另外，在硅基板上形成晶种膜时，也可以使硅基板的侧面也被晶种膜被覆，防止硅基板露出。
[0062]在硅基板上，通过气相法设置包含13族元素氮化物的晶种膜。
[0063]晶种膜可以为一层，或者也可以在基底基板