[发明专利]具有氮化镓层的多层结构基板及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有氮化镓层的多层结构基板及其制法，尤其涉及一种具有厚度较厚且面积较大的氮化镓层的多层结构基板及其制法。

背景技术

近年来，以硅为主的电力电子(power electronics)元件大幅应用于电动车市场，举例来说，制作成电动车内的电压转换器(converter)或反相器(inverter)等元件。然而，受硅本身的材料特性所限，若要进一步提升电力电子元件的效能，则势必要寻找其它的替代材料。

氮化镓(GaN)不仅本身具有比硅更优越的物理性质，且还可通过在硅衬底上生长以降低其生产成本，所以目前氮化镓被视为极具应用于电动车的电力电子元件的潜力的材料之一。

不过，以往在硅衬底上生长氮化镓层时，常常由于严重的拉伸应力造成氮化镓层出现裂痕而不利于后续应用，且该裂痕问题随着氮化镓层的厚度增加或面积增大而更加严重，使得难以生长厚度较厚的氮化镓层；另外，受氮化镓层与硅衬底之间的晶格常数不匹配所限，而容易在氮化镓层中形成过多的缺陷。上述两项因素均使得应用氮化镓的电子元件的效能无法进一步提升，具体而言，厚度较薄与缺陷密度较高的氮化镓层将导致其所制成的电子元件的漏电流效应，并限制了电子元件的直流特性及耐高崩溃电压特性等等。

Shuo Jia等人在2005年3月的IEEE Electron Device Letters第26卷第3期中公开的“AlGaN-GaN HEMTs on Patterned Silicon(111)Substrate”中，揭露了一种外延结构，其先通过蚀刻方式在硅衬底上形成网状沟槽，进而构成多个矩形硅凸块，再于各硅凸块上形成氮化镓层，但是最终仅能在极小面积(30平方微米)内形成厚度1.5微米的氮化镓层。

此外，C.-H.Chen等人在2005年的Journal of Applied Physics第98卷中公开的“Stress relaxation in the GaN/AlN multilayers grown on a mesh-patterned Si(111)substrate”中，其先在硅(111)衬底上形成氮化硅网状层，再于该硅(111)衬底上形成氮化镓层/氮化铝层/氮化镓层/氮化铝层/氮化镓层/氮化铝层，但是，其最外表面的氮化镓层的厚度仅有1微米。

再者，A.Dadgar等人在2001年的phys.stat.sol.第188卷第1期中公开的“Crack-Free InGaN/GaN Light Emitters on Si(111)”中，其先在硅(111)衬底上形成图案化的氮化硅层，并于该硅(111)衬底上形成15对氮化铝镓层/氮化镓层，最后再形成氮化镓层，虽然最终的氮化镓层的厚度有3.6微米，然而该氮化镓层只能形成100微米见方的面积大小。

所以，上述现有技术均有氮化镓层的厚度不足或面积过小等缺点，进而不利于将氮化镓层应用于电力电子元件中。

因此，鉴于上述问题，如何在衬底上形成厚度较厚、面积够大、且无裂痕的氮化镓层，以提供后续电子元件的制作，实已成为目前亟待解决的课题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明揭露一种具有氮化镓层的多层结构基板的制法，包括：提供一衬底；于该衬底上形成网状层，该网状层具有多个外露该衬底的开孔；于该开孔内的衬底上形成缓冲层，该缓冲层是由多个氮化物层所构成；于该缓冲层上依序形成三层不同铝浓度的氮化铝镓层，其中，该底层氮化铝镓层的铝浓度大于中间层氮化铝镓层的铝浓度，该中间层氮化铝镓层的铝浓度大于上层氮化铝镓层的铝浓度，且该中间层氮化铝镓层在形成过程中随厚度增加而逐渐减少铝的比例；以及于该上层氮化铝镓层上形成氮化镓层。

依上述多层结构基板的制法，该网状层的材质可为氮化硅，且形成该网状层的方法可包括：在该衬底上形成氮化硅层；在该氮化硅层上形成网状阻层；去除未被该网状阻层覆盖的该氮化硅层，以形成该网状层；以及去除该网状阻层。

依上述制法，进一步可包括于该氮化镓层上形成顶层的氮化铝镓层。

又依上述制法，该衬底的材质可为硅、蓝宝石、氮化镓、氧化锌或碳化硅，且该氮化物层可为氮化铝层、氮化镓层或氮化铝镓层。

依上述多层结构基板的制法，该缓冲层可为高温氮化物层/低温氮化物层/高温氮化物层，该高温氮化物层的形成温度可为1000℃至1200℃，且该低温氮化物层的形成温度可为700℃至900℃。