[发明专利]粘贴有Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体层的衬底和半导体器件

说明书

背景技术

本发明涉及粘贴有III-V族氮化物半导体层的衬底，其中III-V族 氮化物半导体层和基础衬底(base substrate)被粘贴到一起，本发明还 涉及包含这种粘贴衬底的半导体器件。

背景技术

以不同方式形成使用III-V族氮化物半导体的半导体器件。在一种 方法中，例如，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或通过分子束 外延(MBE)，在化学组成不同于所述III-V族氮化物半导体但热膨胀 系数相差不大的外来衬底上，如Si、SiC或蓝宝石衬底上，形成III-V 族氮化物半导体外延层。在另一种方法中，例如通过MOCVD或MBE 在III-V族氮化物半导体衬底上形成III-V族氮化物半导体外延层。

然而，利用所述外来衬底作为用于形成III-V族氮化物半导体外延 层的衬底在外来衬底中产生应力，这主要是由于所述外来衬底和III-V 族氮化物半导体外延层之间热膨胀系数的不同和晶格失配。在所述衬 底中产生的应力可导致衬底和半导体器件的翘曲，这会引起如下问题， 如所述III-V族氮化物半导体外延层中的位错密度增大，出现外延层脱 落，和半导体器件性能的劣化。同时，尽管利用III-V族氮化物半导体 衬底作为用于形成III-V族氮化物半导体外延层的衬底，由于III-V族 氮化物半导体衬底和III-V族氮化物半导体外延层之间，它们的热膨胀 系数无差别或仅有微小差别并且它们具有接近的晶格失配度，使得可 制造性能提高的半导体器件，但III-V族氮化物半导体衬底的极高成本 使得所述半导体器件建造在不利的昂贵衬底上。

从而，作为用于形成III-V族氮化物半导体外延层的衬底，正在寻 找可在其上生产具有有利性质的半导体器件的低成本材料。已经提出 的这种衬底的例子包括其中将基于GaN的III-V族氮化物半导体薄层 粘贴到基础衬底上的衬底，其中所述基础衬底的热膨胀系数接近或者 高于III-V族氮化物半导体薄层的热膨胀系数。(例如参见基于国际申 请的日本未审专利申请公开No.2004-512688。)

在专利申请公开号为2004-512688的专利文献中，其讨论的所有 内容是关于粘贴衬底的III-V族氮化物半导体层和基础衬底之间的热膨 胀系数的不同。该专利文献集中专注于热膨胀系数的不同的原因是， 在半导体器件的生产中，由于通过MOCVD或者MBE在粘贴有III-V 族氮化物半导体层的衬底上生长至少单层的III-V族氮化物半导体外延 层要求在600℃-1100℃水平下的高温工艺，III-V族氮化物半导体层和 基础衬底之间热膨胀系数的显著差别将导致在粘贴到所述基础衬底的 半导体层中出现脱落和/或破裂。

然而，III-V族氮化物半导体层和基础衬底之间热膨胀系数的最小 差别并非对于在半导体器件中使用的粘贴有III-V族氮化物半导体层的 衬底的唯一性质要求。特别是，为了减少生产和使用所述半导体器件 中在III-V族氮化物半导体层中热量的积累，需要使用高导热性的基础 衬底。然而，专利申请公开号为2004-512688的专利文献没有将此需要 纳入考虑。

发明内容

本发明的一个目的在于不仅考虑III-V族氮化物半导体层和基础 衬底之间的热膨胀系数的差异，而且考虑到所述基础衬底的导热性， 使得既可得到能够生产性能提高的半导体器件的粘贴有III-V族氮化物 半导体层的衬底，又可得到包括粘贴有III-V族氮化物半导体层衬底的 半导体器件。

本发明的一个方面是粘贴有III-V族氮化物半导体层的衬底，其中 III-V族氮化物半导体层和基础衬底被粘贴在一起，该粘贴衬底的特征 在于，III-V族氮化物半导体层和基础衬底之间的热膨胀系数之差为 4.5×10^-6K^-1或更小，且基础衬底的导热系数为50W·m^-1·K^-1或更大。