專利名稱：具有高熱耗散的合成結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種應(yīng)用于光學(xué)、光電子學(xué)或電子學(xué)的合成結(jié)構(gòu)(composite structure)，該合成結(jié)構(gòu)包括支撐晶片(support wafer)和層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)由選自單晶材料的材料制成(made of)的層。特別地，這樣的合成結(jié)構(gòu)旨在作為形成單晶有用層的襯底，或旨在包括這樣的單晶有用層，而該有用層包括在工作期間導(dǎo)致有用層溫度劇烈升高的器件或組件。
背景技術(shù)：
對(duì)于該種類型的有用層，很明顯，當(dāng)這些組件的工作頻率和/或它們的微型化程度提高時(shí)，由組件所釋放的熱的耗散(dissipation)變成一個(gè)重要問(wèn)題。
例如，對(duì)于CMOS應(yīng)用的情形，組件的微型化和有用層厚度的減小加劇了熱耗散問(wèn)題，特別是在這些有用層或多或少地與它們形成于其上的支撐襯底熱隔離(thermally separated)的情形中。尤其地，制備在SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣體上硅)、SiGeOI(SiGe-On-Insulator，絕緣體上SiGe)、GeOI(Ge-On-Insulator，絕緣體上Ge)或SGOI(Si/SiGe-On-Insulator，絕緣體上Si/SiGe)結(jié)構(gòu)中的CMOS組件會(huì)隨著溫度升高而產(chǎn)生問(wèn)題(導(dǎo)致對(duì)組件行為的干擾)，特別是由于這一事實(shí)，即氧化物層(通常形成這些結(jié)構(gòu)的絕緣)形成了例如由硅制成的襯底和有用層之間的熱障(thermal barrier)。例如，如在US 2004/0053477中所描述的，這種類型的SOI、SiGeOI、SGOI、GeOI結(jié)構(gòu)可通過(guò)Smart-Cut_制備。
例如，也有這種情形，即組件工作在高功率頻率(high powerfrequency)(通常超過(guò)900MHz)，這會(huì)導(dǎo)致溫度升高，而該溫度升高能干擾甚至破壞它們。為了克服該缺陷，有用層一般由氮化物半導(dǎo)體制成，該氮化物半導(dǎo)體具有比諸如AsGa的材料更好的電荷輸運(yùn)性能(在高壓時(shí)載流子的高飽和率，高擊穿電壓等)。這對(duì)于HEMT(HighElectron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)晶體管型組件尤其正確。為了形成這種類型的以氮化物半導(dǎo)體為基的層，使用由單晶塊(bulk)SiC、塊<111>Si或者塊藍(lán)寶石(Al2O3)制成的生長(zhǎng)支撐體，其晶格參數(shù)非常類似于單晶塊<100>硅的晶格參數(shù)。
然而，對(duì)于一些需要對(duì)所釋放熱的更高耗散的高功率頻率應(yīng)用而言，<111>Si和藍(lán)寶石的熱阻抗(thermal impedances)仍然太高，而且，雖然單晶塊SiC就熱耗散來(lái)說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)(reference)材料，但是該材料仍然太昂貴。
US 6,328,796和US 2003/0064735文獻(xiàn)公開(kāi)了通過(guò)借助于鍵合層(bonding layer)將薄層鍵合到支撐晶片上而制成的合成結(jié)構(gòu)，該支撐晶片由多晶材料制成，而該多晶材料是由于它們的熱導(dǎo)性、電導(dǎo)性和熱膨脹特性而選取的(諸如多晶SiC襯底)，該鍵合層由介電材料制成，且其功能是改善薄層和支撐晶片之間的鍵合并促使發(fā)生可能的依從現(xiàn)象(compliance phenomena)。
然而，選擇不同層和支撐晶片的材料和尺寸、以及制備該結(jié)構(gòu)的方法，以滿足諸如熱導(dǎo)、電導(dǎo)和熱膨脹的物理規(guī)格。因此，為了滿足這些不同的規(guī)格，意味著選擇會(huì)折衷解決方案的結(jié)構(gòu)不能使人完全滿意。因此，這些文獻(xiàn)中所描述的合成結(jié)構(gòu)并未最優(yōu)化以用于需要很強(qiáng)熱耗散的高功率頻率應(yīng)用。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提出一種具有良好熱耗散的合成結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出這樣一種合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)的制備方式使得其經(jīng)濟(jì)成本低于由單晶塊SiC制成的結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)成本，并且其可獲得大于3英寸的尺寸。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是以低成本來(lái)改善微型化的HEMT或CMOS組件的工作。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是制備具有良好的熱導(dǎo)率(thermalconductivity)和半絕緣電特性(即高電阻)的用于HEMT應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種用于光學(xué)、光電子學(xué)或電子學(xué)的合成結(jié)構(gòu)，該合成結(jié)構(gòu)包括支撐晶片、由選自單晶材料的材料制成的層和由介電材料制成的層，其特征在于，選擇支撐晶片的制備材料、由單晶材料制成的層和介電層，并調(diào)整各層的厚度，使得在環(huán)境溫度(ambient temperature)和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
要注意，結(jié)構(gòu)的熱阻抗φ是由該結(jié)構(gòu)的不同層i的熱阻率(thermalresistivities)Ri計(jì)算出來(lái)的(φ＝l/∑iRi)。材料的熱阻率由每瓦特輸入功率在1平方米表面面積(所考慮的層或襯底的表面面積)上所增加的°C或°K而定義。熱阻率也等于所考慮的層(或襯底)的厚度與所使用的材料的熱導(dǎo)率之間的比率。
該合成結(jié)構(gòu)包括以下其它特性-支撐晶片由熱阻抗顯著低于單晶塊硅的熱阻抗的材料制成；-支撐晶片的制備材料還具有大于104ohms.cm的電阻率(electricalresistivity)；-支撐晶片由多晶塊SiC、多晶塊AlN或陶瓷制成；-選擇由介電材料制成的層的厚度和由單晶材料制成的層的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的晶體塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍；-介電材料為SiO2和/或Si3N4和/或SixOyNz；-選擇由介電材料制成的層的厚度小于約0.20微米，并可能大于約0.02微米，然后作為該厚度的函數(shù)而選擇由單晶材料制成的層的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍；-由單晶材料制成的層中的材料選自半導(dǎo)體材料，從而能夠形成電子組件；-單晶材料是Si、SiGe或Ge；-由半導(dǎo)體材料制成的層包括至少一個(gè)CMOS型電子組件；-選擇由單晶材料制成的層中的單晶材料，使得可以成功生長(zhǎng)單晶氮化物半導(dǎo)體，從而合成結(jié)構(gòu)作為用于生長(zhǎng)該氮化物半導(dǎo)體的襯底，并具有大于約104ohms.cm的電阻率；-所述單晶材料是SiC、<111>Si或GaN；
-單晶材料層的厚度大于約0.06微米的臨界厚度(thresholdthickness)，并可能小于約1微米；-支撐晶片由多晶SiC制成；單晶材料層由<111>Si制成且其厚度選擇在0.2微米和1微米之間；以及介電材料層由SiO2制成且其厚度約為0.2微米；-支撐晶片由多晶SiC制成；單晶材料層由<111>Si制成且其厚度選擇在0.06微米和1微米之間；以及介電材料層由SiO2制成且其厚度約為0.05微米。
根據(jù)第二方面，根據(jù)本發(fā)明的工藝提出一種混合結(jié)構(gòu)(hybridstructure)，該混合結(jié)構(gòu)包括所述合成結(jié)構(gòu)和在單晶材料層頂部的上部單晶結(jié)構(gòu)(upper monocrystalline structure)，調(diào)節(jié)形成上部結(jié)構(gòu)的材料以使將要形成在混合結(jié)構(gòu)上的氮化物半導(dǎo)體層的質(zhì)量好于氮化物半導(dǎo)體層直接形成在由單晶材料制成的層上的情形。
該混合結(jié)構(gòu)的其它特性包括-單晶材料層由SiC、<111>Si或GaN制成，上部結(jié)構(gòu)包含由選自以下合金的材料制成的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1；-選自合金AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1的至少一種合金元素的濃度隨厚度逐漸變化(variesprogressively through the thickness)。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提出一種應(yīng)用在HEMTs中的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括所述合成結(jié)構(gòu)或所述混和結(jié)構(gòu)，以及由單晶GaN制成的上外延層(over-epitaxied layer)。
根據(jù)第四方面，本發(fā)明提出一種用于從包含單晶材料的施主晶片開(kāi)始制備合成結(jié)構(gòu)的工藝，包括以下步驟(a)將支撐晶片鍵合到施主晶片上；(b)縮減(reduction)施主晶片使得在支撐晶片上僅留下剩余結(jié)構(gòu)(remained structure)，包括以層的形式的所述單晶材料，材料的自然特性和厚度使得由此所形成的合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
用于制備合成結(jié)構(gòu)的工藝的其它特性如下-所述工藝還包括選擇用于支撐晶片的塊材料，其熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間顯著低于單晶塊硅的熱阻抗；-選擇支撐晶片由多晶塊SiC、多晶塊AlN或陶瓷制成；-步驟(a)包括在支撐晶片和施主晶片之間形成由介電材料制成的鍵合層，使得該鍵合層的厚度小于最大厚度，如果超出該最大厚度，則在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗將不低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍；-在步驟(a)之前，所述工藝還包括一個(gè)步驟，即在施主晶片的鍵合表面下注入預(yù)定深度的原子種類，從而在其中形成弱區(qū)(zone ofweakness)，并且步驟(b)包含能量輸入以在弱區(qū)處將剩余結(jié)構(gòu)從施主晶片分離開(kāi)，確定注入深度使得弱區(qū)和鍵合表面一起限定剩余結(jié)構(gòu)；-通過(guò)能夠減小施主晶片厚度的機(jī)械和/或化學(xué)方式(means)來(lái)進(jìn)行步驟(b)；-施主晶片由單晶塊材料制成，并且實(shí)施步驟(b)使得僅保留一層施主晶片，選擇其厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，所形成的合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍；-施主晶片由單晶塊Si或單晶塊Ge制成；-施主晶片由單晶塊Sic制成；-施主晶片最初包含所述由單晶材料制成的層和適應(yīng)性生長(zhǎng)襯底(adapted growth substrate)，并且該工藝在步驟(a)之前還包括形成施主晶片的步驟，該形成施主晶片的步驟包括在該適應(yīng)性生長(zhǎng)襯底上晶體生長(zhǎng)由單晶材料制成的層；-生長(zhǎng)襯底包含塊Si或塊Ge以及由SiGe制成的緩沖層，并且由單晶材料制成的層是<100>Si或SiGe；-生長(zhǎng)襯底包括塊藍(lán)寶石(Al2O3)、單晶塊SiC、塊ZnO或塊<111>Si，并且由單晶材料制成的層是由SiC、<111>Si、GaN、AlN、InN、AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N制成的，其中0≤x≤1且0≤y≤1；根據(jù)第五方面，本發(fā)明提出一種用于制備混和結(jié)構(gòu)的工藝，該工藝包括根據(jù)用于制備合成結(jié)構(gòu)的所述工藝來(lái)制造合成結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在由單晶材料制成的層上晶體生長(zhǎng)上部單晶結(jié)構(gòu)，致使上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和其組成材料使得能夠制備一層氮化物半導(dǎo)體層，該氮化物半導(dǎo)體層具有比如果氮化物半導(dǎo)體直接制備在由單晶材料制成的層上更好的質(zhì)量。
用于制備合成結(jié)構(gòu)的該工藝的其它特性包括-上部結(jié)構(gòu)包含選自以下合金的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1；-上部結(jié)構(gòu)包含選自以下合金的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1，至少所選合金中的一種元素的濃度隨厚度逐漸變化。


在閱讀了以下參照附圖作為非限制性例子的本發(fā)明的具體說(shuō)明之后，本發(fā)明的其它特性、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，其中圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一合成結(jié)構(gòu)。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二合成結(jié)構(gòu)。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的第三合成結(jié)構(gòu)。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的第四合成結(jié)構(gòu)。
圖5a至5e顯示了在根據(jù)本發(fā)明制備合成結(jié)構(gòu)的方法中的步驟。
圖6和7顯示了在不同的GaN支撐體上，包括在根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)上，所進(jìn)行的熱行為(thermal behaviours)模擬的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
圖1、2、3和4示出根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)和混和結(jié)構(gòu)的四個(gè)例子，每個(gè)例子都意在用于光學(xué)、光電子或電子應(yīng)用中。每個(gè)合成結(jié)構(gòu)40都包含支撐晶片20和由選自單晶材料的材料制成的單晶層11。
形成支撐晶片20的材料主要是由于其高熱導(dǎo)率性能(高熱導(dǎo)率意味著傳導(dǎo)率顯著大于單晶塊<100>硅的傳導(dǎo)率)而被選擇。支撐晶片20選自的材料是具有這樣熱導(dǎo)率的材料，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，其熱阻抗顯著低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的30％還要多。在這種情形下，單晶塊SiC是晶體材料的熱導(dǎo)率領(lǐng)域中的標(biāo)準(zhǔn)，其熱導(dǎo)率在環(huán)境溫度下(即300°K)典型地約為440W/m.°K，依賴于材料的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)在±20％內(nèi)。也可以選擇使用6H-SiC(約490W/m.°K)、或4H-SiC(約370W/m.°K)、或3C-SiC(約360W/m.°K)的熱導(dǎo)率作為標(biāo)準(zhǔn)熱導(dǎo)率。
支撐晶片20的組成材料的選擇也依賴于材料的經(jīng)濟(jì)成本限制(對(duì)于單晶塊SiC，該成本必須顯著較低)、可獲得性限制和尺寸限制。就尺寸而言，也許需要大于3英寸的支撐晶片20。
特別地，我們還可能選擇由多晶SiC、多晶AlN或熱適應(yīng)陶瓷(thermally adapted ceramic)制成的支撐晶片20。
選擇具有高電阻率的，換句話說(shuō)大于104ohms.cm的支撐晶片20也是有利的，特別在HEMT應(yīng)用中。
支撐晶片20由單晶層11所覆蓋，選擇其組成材料并調(diào)節(jié)其厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間(高功率頻率組件的典型工作溫度)，包括支撐晶片20的完整合成結(jié)構(gòu)40的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的約1.3倍。特別地，可選擇單晶層11的厚度大于臨界厚度，如果低于該臨界厚度，則在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的阻抗將不低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的約1.3倍。特別地，對(duì)于諸如Si、SiGe、Ge、<111>Si或GaN的材料來(lái)說(shuō)，這個(gè)臨界厚度可約為0.06μm。例如，我們可以選擇厚度在臨界厚度和1μm之間的單晶層11。
根據(jù)按照本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40的第一構(gòu)造，將單晶結(jié)構(gòu)11設(shè)計(jì)成適合于諸如CMOS型晶體管的電子、光學(xué)或光電子組件。在該情形中，所選擇的用于單晶層11的材料可以由Si、SiGe或Ge制成。在該情形中，將要形成在單晶層11中的組件或已經(jīng)形成在單晶層11中的組件將受益于合成結(jié)構(gòu)40的特殊結(jié)構(gòu)，以排除(evacuate)將在工作期間釋放的大量的熱，從而減小干擾或甚至退化的風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)第二構(gòu)造，合成結(jié)構(gòu)40是用于形成有用層的襯底，該有用層包含能包括工作在高功率頻率下的組件的材料，諸如氮化物半導(dǎo)體(例如GaN)。所選擇的形成單晶層11的材料于是可以是，例如，SiC、<111>Si、或GaN、AlN或其它氮化物半導(dǎo)體。還選擇這些材料以具有高電阻率(大于104ohms.cm)。當(dāng)已經(jīng)形成有用層時(shí)，然后可使用根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40以耗散組件所釋放的大量的熱，特別是在這些組件工作在高功率頻率的情形中，這就是例如HEMT晶體管的情形。
優(yōu)選地，并參照?qǐng)D2和4，層狀結(jié)構(gòu)10還包含絕緣層13，該絕緣層13由諸如SiO2和/或Si3N4和/或SixOyNz的介電材料制成，并設(shè)置在與支撐晶片20的界面處。當(dāng)制備合成結(jié)構(gòu)40(如后所述)時(shí)，該絕緣層13可能特別有用，因?yàn)樗贿x擇以當(dāng)用鍵合技術(shù)來(lái)制備合成結(jié)構(gòu)40時(shí)具有有趣的鍵合特性。而且，可選擇該絕緣層13的制備材料具有高電阻率，這在HEMT功率組件工作期間可能是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。選擇絕緣層13的厚度小于臨界厚度，如果高于該臨界厚度，則在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗將不低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的約1.3倍。選擇絕緣層13的厚度和單晶層11的厚度可以一個(gè)在另一個(gè)之前進(jìn)行，或使用逐次近似(successive approximations)的方法。
特別地，可以調(diào)節(jié)單晶層11的厚度，使得其自由表面與絕緣層13相距給定的距離。即使絕緣層13被選擇成較薄，其仍是可在組件工作期間引入熱耗散問(wèn)題的熱障，該組件包括在外延在單晶層11上的有用層內(nèi)。因此，使外延表面(即單晶層11的表面)離開(kāi)埋入的(buried)絕緣層13會(huì)改善熱耗散。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一合成結(jié)構(gòu)40，其中層狀結(jié)構(gòu)10僅包含與支撐晶片20直接接觸的單晶層11。在這個(gè)構(gòu)造中，要調(diào)節(jié)的主要參數(shù)是所選擇的用來(lái)形成支撐晶片20和單晶層11的材料、以及單晶層11的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)40的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的1.3倍。
因此，我們可以選擇厚度在0.06μm和1μm之間的單晶層11。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二合成結(jié)構(gòu)40，其中層狀結(jié)構(gòu)10包括單晶層11和在支撐晶片20與單晶層11之間的介電材料層13。選擇該絕緣層13的厚度低于臨界厚度，如果高于該臨界厚度，則在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗將不再低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的約1.3倍，顯然考慮到已經(jīng)確定了所選擇的用于支撐晶片20和單晶層11的材料、以及單晶層11的厚度。
因此，絕緣層13的厚度可在0.02μm和0.2μm之間。
例如，組成材料可被選擇成SiO2和/或Si3N4和/或SixOyNz。
認(rèn)識(shí)到這些，我們還可選擇厚度在0.06μm和1μm之間的單晶層11。
例如，以下合成結(jié)構(gòu)40是可能的-支撐晶片20由多晶SiC制成；-單晶材料層11由<111>Si制成，并且將其厚度選擇在0.2微米和1.0微米之間；以及-介電材料層13由SiO2制成且其厚度約為0.20微米。
例如，以下合成結(jié)構(gòu)40是可能的-支撐晶片20由多晶SiC制成；-單晶材料層11由<111>Si制成，并且將其厚度選擇在0.06微米和1.0微米之間；以及-介電材料層13由SiO2制成且其厚度約為0.05微米。
參照?qǐng)D3和4，通過(guò)在單晶層11上將上部結(jié)構(gòu)12加到層狀結(jié)構(gòu)10而制備混合結(jié)構(gòu)50，調(diào)節(jié)形成該上部結(jié)構(gòu)12的材料以改善要形成在混合結(jié)構(gòu)50上的晶體材料層的質(zhì)量。因此，特別適當(dāng)?shù)卦O(shè)置這些混合結(jié)構(gòu)50以作為用于晶體生長(zhǎng)有用層的襯底，該有用層由適于高功率頻率的材料制成，諸如像GaN的氮化物半導(dǎo)體。在這種情形中，選擇上部結(jié)構(gòu)12的自然特性和構(gòu)造以便與該有用層直接形成在單晶層11上的情形相比而改善要形成的有用層的質(zhì)量，從合成結(jié)構(gòu)40開(kāi)始調(diào)節(jié)晶格參數(shù)以便變得更接近于要形成的有用層的晶格參數(shù)(從而特別避免了過(guò)量位錯(cuò)密度的產(chǎn)生，并在有用層中產(chǎn)生，否則會(huì)被限制以阻止與其生長(zhǎng)支撐體的過(guò)度晶格失配(thus particularly avoiding the creationof an excessive density of dislocations，and generated in a useful layer thatwould be constrained to resist excessive lattice mismatches with its growthsupport))。例如，我們可選擇與文獻(xiàn)US 2003/136333和US 6,617,060中所公開(kāi)的緩沖結(jié)構(gòu)相似的或相當(dāng)?shù)纳喜拷Y(jié)構(gòu)12，即上部結(jié)構(gòu)12包括至少一個(gè)由AlxInyGa(1-x-y)N、InxGa1-yN或AlxGa1-xN(其中x在0和1之間，且y在0和1之間)制成的層，根據(jù)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最吸引人的構(gòu)造而具有成分在其厚度內(nèi)不變化的層和/或成分在厚度內(nèi)逐漸變化的層。該上部結(jié)構(gòu)12，其制備使得后來(lái)可形成高質(zhì)量的有用層，也意味著該有用層可進(jìn)一步離開(kāi)與支撐晶片20的界面，這在絕緣層13與支撐晶片20交界(如果該絕緣層13的厚度大于臨界厚度，則其可減慢熱的耗散)的情形(參照?qǐng)D4)中具有優(yōu)點(diǎn)。
用于制備根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40的工藝的不同步驟顯示在圖5a至5e中。
圖5a示出一個(gè)施主晶片30，該施主晶片30包含單晶材料。
根據(jù)第一構(gòu)造，施主晶片30可包括單晶塊材料。
如果需要制備用于CMOS型應(yīng)用的合成結(jié)構(gòu)40，我們由此就可以選擇由<100>Si或單晶塊Ge制成的施主晶片30。
如果需要制備作為襯底的合成結(jié)構(gòu)40，而該襯底用于晶體生長(zhǎng)由氮化物半導(dǎo)體制成的后續(xù)層，我們就可選擇單晶SiC或單晶<111>Si材料。
根據(jù)第二構(gòu)造，施主晶片30初始包含適于生長(zhǎng)要轉(zhuǎn)移的單晶材料層的生長(zhǎng)襯底。該生長(zhǎng)襯底典型地包含由單晶塊材料制成的支撐體。
由此，我們可具有由藍(lán)寶石(Al2O3)、SiC、塊ZnO或單晶塊<111>Si制成的生長(zhǎng)襯底，并且我們可形成由SiC、<111>Si、GaN、AlN、InN、AlxInyGa(1-x-y)、InyGa(1-y)N或AlxGa1-xN單晶材料層制成的層，其中0≤x≤1且0≤y≤1。
該生長(zhǎng)襯底還可進(jìn)一步包括中間結(jié)構(gòu)(intermediate structure)，該中間結(jié)構(gòu)在支撐體和要轉(zhuǎn)移的由單晶材料制成的層之間，該中間結(jié)構(gòu)作為緩沖結(jié)構(gòu)，并可能被設(shè)置以便補(bǔ)償熱膨脹的差異和/或晶格參數(shù)的差異和/或限制缺陷。由此，例如，我們可制備由<100>Si或松弛的SiGe制成的單晶層，通過(guò)在由SiGe制成的緩沖層上晶體生長(zhǎng)來(lái)形成它，緩沖層的成分從由<100>Si或單晶塊Ge制成的支撐體開(kāi)始隨其厚度逐漸變化。
參照?qǐng)D5b，然后根據(jù)所確定的劑量和能量條件來(lái)給施主晶片20注入原子種類，以便用預(yù)定的機(jī)械弱化(mechanical weakening)在施主晶片30中的預(yù)定深度處形成弱區(qū)35。例如，我們可注入諸如氫離子的原子種類，以10keV和200keV之間的能量在每平方厘米注入5×1016和8×1016之間的原子。
選擇弱區(qū)35的深度以定義材料厚度(在弱區(qū)35和施主晶片30的表面之間，該施主晶片30的表面將根據(jù)圖5c中所示的步驟而被鍵合到支撐晶片40上)，該材料厚度包括至少一部分要被轉(zhuǎn)移到支撐晶片20上的層狀結(jié)構(gòu)(未示出)。特別地，進(jìn)行該注入使得由此所限定的層狀結(jié)構(gòu)包括以層的形式的單晶材料，并且構(gòu)成它的每個(gè)層的自然特性和厚度使得在環(huán)境溫度和600°K之間，要形成的合成結(jié)構(gòu)40(包括轉(zhuǎn)移后的層狀結(jié)構(gòu)和要鍵合的支撐晶片20)的熱阻抗低于或等于單晶塊SiC的熱阻抗的1.3倍。
可選地，在該注入之前或之后在注入表面上形成絕緣層13。例如，該絕緣層13可以是氧化物(SiO2)和/或氮化物(Si3N4和/或SixOyNz)，其厚度使得要形成的合成結(jié)構(gòu)40(見(jiàn)圖5e)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間低于或等于單晶塊SiC的熱阻抗的約1.3倍。例如，我們可形成厚度從0.02μm至0.2μm變化的SiO2和/或Si3N4和/或SixOyNz層。
然后可選地準(zhǔn)備施主晶片30的鍵合表面(即，其上進(jìn)行該注入的表面)用于鍵合。由此可清洗它以除去污染物(金屬、微粒、碳?xì)湓?并使表面更吸水、被機(jī)械化學(xué)拋光、被等離子體激活等?？蛇x地，如果我們已在注入表面上形成了絕緣層13，那么在該清洗步驟期間可完全去除該絕緣層。
參照?qǐng)D5c，在注入表面處將支撐晶片20與施主晶片30相接觸。
優(yōu)選地，在支撐晶片20要鍵合的表面上預(yù)先形成絕緣層。在所有的情形中，選擇在支撐晶片20和施主晶片30之間的絕緣層13的厚度，使得不形成熱耗散的過(guò)度熱障，換句話說(shuō)，選擇晶片的厚度，使得要形成的合成結(jié)構(gòu)40(見(jiàn)圖5e)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的約1.3倍。
在使支撐晶片20和施主晶片30相接觸之前，準(zhǔn)備支撐晶片20的鍵合表面以用于鍵合，例如通過(guò)進(jìn)行清洗處理以使其更吸水和/或去除污染物。
可選地，可對(duì)要鍵合的兩個(gè)表面進(jìn)行其它準(zhǔn)備，諸如CMP(Mechanochemical Planarisation，機(jī)械化學(xué)平坦化)或等離子體激活以改善鍵能。
由此準(zhǔn)備的施主晶片30和支撐晶片20可能可在環(huán)境溫度下相接觸。
一旦已鍵合了兩個(gè)襯底，可通過(guò)輸入熱能而增強(qiáng)鍵合，例如通過(guò)在高于200℃烘烤(baking)2h00。參照?qǐng)D5d，另外加上能量使得位于弱區(qū)35處的弱鍵斷裂且剩余結(jié)構(gòu)36從它分離，該剩余結(jié)構(gòu)36于是仍與支撐晶片20相鍵合。
該剩余結(jié)構(gòu)36至少部分包括要形成在支撐晶片40上的層狀結(jié)構(gòu)10。所提供的能量可以是熱的和/或機(jī)械的，用于轉(zhuǎn)移層的該技術(shù)在Smart-Cut_的表述下是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，且特別是在J-PColinge的“絕緣體上硅技術(shù)LVSI材料，第二版(Silicon-On-InsulatortechnologyMaterial to LVSI，2ndedition)”(Kluwer AcademicPublishers，第50和51頁(yè))中被描述。
根據(jù)一種變體(variant)，可通過(guò)Smart-Cut_之外的技術(shù)將施主晶片30從圖5c所示的結(jié)構(gòu)縮減，于是鍵合之前的步驟和鍵合本身與上面所給出的相同，除了注入之外(顯示在圖5b中)。這一用于縮減施主晶片30的其它技術(shù)采用在背面的機(jī)械減薄(拋光、研磨等)和/或干法化學(xué)蝕刻直到達(dá)到預(yù)定的厚度，該預(yù)定的厚度可以是幾十微米。然后可使用不同的機(jī)械化學(xué)拋光步驟來(lái)減薄施主晶片30，以僅留下如圖5d中所示的剩余結(jié)構(gòu)36。無(wú)論使用何種技術(shù)來(lái)縮減該施主晶片30，都給剩余結(jié)構(gòu)36施加表面修整(surface finishing)步驟，以去除表面上的任何粗糙(roughness)和污染物。
可將該分離表面準(zhǔn)備成“可立即外延的(epi-ready)”表面(即可立即接收要外延的元素)，例如使用CMP和/或濕法或干法化學(xué)蝕刻(例如通過(guò)RIE等離子體)。
我們也可使用選擇性去除材料的技術(shù)，諸如選擇性化學(xué)蝕刻。在這方面，我們于是可在剩余結(jié)構(gòu)36中提供用于該選擇性材料去除的終止層?？蛇x地，然后可去除該終止層，以獲得幾乎沒(méi)有粗糙的具有良好表面質(zhì)量的最終層狀結(jié)構(gòu)10(見(jiàn)圖5e)。
參照?qǐng)D5e，根據(jù)圖1或2中所示的合成結(jié)構(gòu)40，最終結(jié)果是根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40，該合成結(jié)構(gòu)40包含層狀結(jié)構(gòu)10，該層狀結(jié)構(gòu)10包含剩余結(jié)構(gòu)36并可能包含絕緣層30。
最后，并且在將剩余層36從施主晶片30轉(zhuǎn)移到支撐晶片20上之后，可在層狀結(jié)構(gòu)10上進(jìn)行單晶上部結(jié)構(gòu)12的晶體生長(zhǎng)，以獲得圖3和4中所示的混合結(jié)構(gòu)50之一。
例1申請(qǐng)人對(duì)根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比研究，該合成結(jié)構(gòu)包括由多晶SiC制成的支撐晶片20和層狀結(jié)構(gòu)10，該層狀結(jié)構(gòu)10包括由<111>硅制成的單晶層11和由SiO2制成的絕緣層13。在該情形中，由多晶SiC制成的支撐晶片20的電阻率大于105Ohm/cm。這些合成結(jié)構(gòu)30是用Smart-Cut_制備的(其主要步驟參照?qǐng)D5a至5e描述)。
申請(qǐng)人進(jìn)行的對(duì)比研究包括當(dāng)這樣的合成結(jié)構(gòu)40支撐著包括工作中的HEMT組件的GaN層時(shí)，與相同GaN層的其它類型支撐體相比，模擬該合成結(jié)構(gòu)40的熱行為。
本研究的一個(gè)目的是了解不同的參數(shù)，諸如絕緣層13的厚度、單晶層11的厚度、支撐晶片20的自然特性和HEMT組件耗散的功率，是如何影響GaN層中的溫度的。
結(jié)果給出在圖6和7中。
圖6示出依賴于所選擇的用于GaN層的支撐體類型，組件處(即，在組件柵極(grid)之下)的估計(jì)表面溫度Ts(圖中已歸一化(normalised))。這樣-支撐體I由單晶塊SiC制成；-支撐體II由多晶塊SiC制成，-支撐體III由<111>Si/SiO2/多晶塊SiC制成，-支撐體IV是由單晶塊<111>Si制成的支撐體。
所有這些支撐體(I、II、III、IV)都具有相同的尺寸。
曲線1(點(diǎn)線)示出施加功率(applied power)為5W/mm的情形，曲線2(虛線)是施加功率為10W/mm的情形，曲線3(連續(xù)線)是施加功率為15W/mm的情形，該功率為功率組件所典型消耗的功率。
根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40(圖中表示為構(gòu)造III)包含層狀結(jié)構(gòu)10，該層狀結(jié)構(gòu)10包括由<111>Si制成的2μm厚單晶層和由SiO2制成的1μm厚絕緣層。
該模擬結(jié)果顯示，根據(jù)本發(fā)明的合成結(jié)構(gòu)40具有比由單晶塊硅制成的支撐體IV的情形大得多的熱耗散(20％至30％的級(jí)別)，且僅比由單晶塊SiC制成的支撐體I的情形小10％至20％的級(jí)別(of the order of10 to 20％)，而且與由多晶塊SiC制成的支撐體II相比差別甚至更低(依賴于施加到GaN有用層上的功率)。因此，模擬合成結(jié)構(gòu)中的GaN層中的組件的溫度增長(zhǎng)與在單晶塊SiC襯底上所獲得的溫度增長(zhǎng)大致相同。申請(qǐng)人推斷這些結(jié)果意味著，在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)40相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的1.3倍。
即使看起來(lái)該熱阻抗稍高于相當(dāng)?shù)膯尉KSiC的熱阻抗或甚至多晶塊SiC的熱阻抗，但GaN層中具有高功率頻率的HEMT晶體管在工作期間仍是令人滿意的。
而且，該合成結(jié)構(gòu)40使得可外延高質(zhì)量的GaN層，不同于由多晶SiC制成的支撐體II。
該合成結(jié)構(gòu)40還在經(jīng)濟(jì)方面比由單晶SiC制成的支撐體I更吸引人得多。
圖7示出當(dāng)給GaN層施加不同功率時(shí)(顯示在橫坐標(biāo)上)其最高溫度T(已歸一化)的模擬，該GaN有用層已形成在合成結(jié)構(gòu)40上，該合成結(jié)構(gòu)40包含多晶SiC支撐晶片和2μm厚的<111>Si單晶層。該圖是該合成結(jié)構(gòu)40包含1μm厚的SiO2絕緣層的情形(曲線4)和其不包括這樣的絕緣層的情形(曲線5)之間的對(duì)比。
該模擬的結(jié)果示出，薄絕緣層(小于1μm厚)不會(huì)顯著改變合成結(jié)構(gòu)40的熱耗散特性(從對(duì)于5W/mm的功率為0％的級(jí)別至對(duì)于15W/mm的功率為5％)。
申請(qǐng)人由此展示了合成結(jié)構(gòu)40可非常好地包含絕緣層13，而不會(huì)顯著削弱其熱耗散特性。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于光學(xué)、光電子學(xué)或電子學(xué)的合成結(jié)構(gòu)(40)，所述合成結(jié)構(gòu)(40)包含支撐晶片(20)和由選自單晶材料的材料制成的層(11)和由介電材料制成的層(13)，其特征在于，選擇支撐晶片(20)的、由單晶材料制成的層(11)的和介電層(13)的組成材料，并調(diào)整每層的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
2.如權(quán)利要求1所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，所述支撐晶片(20)由熱阻抗顯著低于單晶塊硅的熱阻抗的材料制成。
3.如前述權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，還選擇所述材料具有大于約104ohms.cm的電阻率。
4.如前述兩項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，所述支撐晶片(20)由多晶塊SiC、多晶塊AlN或陶瓷制成。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，對(duì)介電材料層(13)的厚度的所述調(diào)整使得由介電材料制成的層(13)的厚度小于或等于最大厚度，并且由單晶材料制成的層(11)的厚度大于或等于臨界厚度。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，所述介電材料是SiO2和/或Si3N4和/或SixOyNz。
7.如前述兩項(xiàng)權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，選擇由介電材料制成的層(13)的厚度小于約0.20微米，并且作為由介電材料制成的層(13)的所述厚度的函數(shù)而選擇由單晶材料制成的層(11)的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
8.如前述權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，還選擇由介電材料制成的層(13)的厚度大于約0.02微米。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，由單晶材料(11)制成的層(11)中的材料選自半導(dǎo)體材料，從而能夠在其中形成至少一個(gè)電子組件。
10.如前述權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，由單晶材料制成的層(11)包含至少一個(gè)CMOS型電子組件。
11.如前述兩項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，所述單晶材料是Si、SiGe或Ge。
12.如權(quán)利要求1至8之一所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，選擇由單晶材料制成的層(11)中的單晶材料，使得可成功生長(zhǎng)單晶氮化物半導(dǎo)體，所述合成結(jié)構(gòu)(40)由此作為用于生長(zhǎng)所述氮化物半導(dǎo)體的襯底，并因此具有大于約104ohms.cm的電阻率。
13.如前述權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，所述單晶材料是SiC、<111>Si或GaN。
14.如權(quán)利要求7或8結(jié)合權(quán)利要求11或13所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，單晶材料層(11)的厚度大于約0.06微米的臨界厚度。
15.如前述權(quán)利要求所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于，還選擇單晶材料層(11)的厚度小于約1微米。
16.如權(quán)利要求1所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于-所述支撐晶片(20)由多晶SiC制成；-所述單晶材料層(11)由<111>Si制成且其厚度選擇在約0.2微米和約1微米之間，以及-所述介電材料層(13)由SiO2制成且其厚度約為0.20微米。
17.如權(quán)利要求1所述的合成結(jié)構(gòu)(40)，其特征在于-所述支撐晶片(20)由多晶SiC制成；-所述單晶材料層(11)由<111>Si制成且其厚度選擇在約0.06微米和約1微米之間，以及-所述介電材料層(13)由SiO2制成且其厚度約為0.05微米。
18.一種意在作為晶體生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體的襯底的混合結(jié)構(gòu)(50)，所述混合結(jié)構(gòu)(50)包含根據(jù)前述權(quán)利要求之一的合成結(jié)構(gòu)(40)和在單晶材料層(11)之上的上部單晶結(jié)構(gòu)(12)，調(diào)節(jié)形成所述上部結(jié)構(gòu)(12)的材料，以與氮化物半導(dǎo)體層直接形成在由單晶材料制成的層(11)上的情形相比，而改善要形成在所述混合結(jié)構(gòu)(50)上的氮化物半導(dǎo)體層的質(zhì)量。
19.如前述權(quán)利要求所述的混合結(jié)構(gòu)(50)，其特征在于，所述單晶材料層(11)由SiC、<111>Si或GaN制成，并且所述上部結(jié)構(gòu)(12)包含由選自以下合金的材料制成的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1。
20.如前述權(quán)利要求所述的混合結(jié)構(gòu)(50)，其特征在于，選自合金AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1，的至少一種合金元素的濃度隨厚度逐漸變化。
21.一種應(yīng)用在HEMTs中的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含根據(jù)權(quán)利要求12至17之一的合成結(jié)構(gòu)(40)或根據(jù)權(quán)利要求18至20之一的混合結(jié)構(gòu)(50)，以及由單晶GaN制成的上外延層。
22.一種從包含單晶材料的施主晶片(30)開(kāi)始而制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，包括以下步驟(a)將支撐晶片(20)鍵合到所述施主晶片(30)；(b)縮減所述施主晶片(30)從而在支撐晶片(20)上僅留下剩余結(jié)構(gòu)(36)，包括以層的形式的所述單晶材料，所述材料的自然特性和厚度使得由此形成的合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
23.如權(quán)利要求22所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，還包括選擇用于支撐晶片(20)的塊材料，所述塊材料的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間顯著低于單晶塊硅的熱阻抗。
24.如前述權(quán)利要求所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，選擇所述支撐晶片(20)由多晶塊SiC、多晶塊AlN或陶瓷制成。
25.如權(quán)利要求22至24之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，步驟(a)包括在支撐晶片(20)和施主晶片(30)之間形成由介電材料制成的鍵合層(13)，使得所述鍵合層(13)的厚度低于臨界厚度，如果高于所述臨界厚度，則合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間將不低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)(40)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
26.如權(quán)利要求22至25之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，在步驟(a)之前還包括一個(gè)步驟，即在施主晶片(30)的鍵合表面下預(yù)定深度處注入原子種類以在其中形成弱區(qū)(35)，并且步驟(b)包括能量輸入以在弱區(qū)(35)處將剩余結(jié)構(gòu)(36)從施主晶片分離，確定所述注入深度使得弱區(qū)(35)和鍵合表面一起定義所述剩余結(jié)構(gòu)(36)。
27.如權(quán)利要求22至25之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，通過(guò)能減小施主晶片(30)厚度的機(jī)械和/或化學(xué)方式來(lái)進(jìn)行步驟(b)。
28.如權(quán)利要求22至27之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述施主晶片由單晶塊材料制成，且實(shí)施步驟(b)使得僅保留所述施主晶片的一層，選擇所述施主晶片的一層的厚度，使得形成的合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗在環(huán)境溫度和600°K之間低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。
29.如前述權(quán)利要求所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述施主晶片由單晶塊Si或單晶塊Ge制成。
30.如權(quán)利要求28所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述施主晶片由單晶塊SiC制成。
31.如權(quán)利要求22至27之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述施主晶片(30)初始包含所述由單晶材料制成的層(11)和適應(yīng)性生長(zhǎng)襯底，并且所述工藝在步驟(a)之前還包括形成施主晶片(30)的步驟，所述形成施主晶片(30)的步驟包括在所述適應(yīng)性生長(zhǎng)襯底上晶體生長(zhǎng)由單晶材料制成的層(11)。
32.如前述權(quán)利要求所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述生長(zhǎng)襯底包含塊Si或塊Ge和由SiGe制成的緩沖層，并且由單晶材料制成的層(11)為<100>Si或SiGe。
33.如權(quán)利要求31所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝，其特征在于，所述生長(zhǎng)襯底包括塊藍(lán)寶石(Al2O3)、單晶塊SiC、塊ZnO或塊<111>Si，并且由單晶材料制成的層(11)是由SiC、<111>Si、GaN、AlN、InN、AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa1-xN制成的，其中0≤x≤1且0≤y≤1。
34.一種用于制備混合結(jié)構(gòu)(50)的工藝，所述工藝包括根據(jù)如權(quán)利要求22至33之一所述的用于制備合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝而生產(chǎn)合成結(jié)構(gòu)(40)，還包括在由單晶材料制成的層(11)上晶體生長(zhǎng)上部單晶結(jié)構(gòu)(12)，使得上部結(jié)構(gòu)(12)的構(gòu)造和其組成材料可使氮化物半導(dǎo)體層的質(zhì)量比如果直接在由單晶材料制成的層(11)上制備氮化物半導(dǎo)體更好。
35.如前述權(quán)利要求所述的用于制備混合結(jié)構(gòu)(50)的工藝，其特征在于，所述上部結(jié)構(gòu)(12)包含選自以下合金的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyGa(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1。
36.根據(jù)前述兩項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的用于制備混合結(jié)構(gòu)(50)的工藝，其特征在于，所述上部結(jié)構(gòu)(12)包含選自以下合金的層AlxInyGa(1-x-y)N、InyG(1-y)N、AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1且0≤y≤1，所選合金中的至少一種元素的濃度隨厚度逐漸變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于光學(xué)、光電子學(xué)或電子學(xué)的合成結(jié)構(gòu)(40)，該合成結(jié)構(gòu)(40)包含支撐晶片(20)、由選自單晶材料的材料制成的層和由介電材料制成的層(13)，其特征在于，選擇支撐晶片(20)的制備材料、由單晶材料制成的層(11)和介電層(13)，并調(diào)整每層的厚度，使得在環(huán)境溫度和600°K之間，合成結(jié)構(gòu)(40)的熱阻抗低于或等于具有與合成結(jié)構(gòu)相同尺寸的單晶塊SiC晶片的熱阻抗的大約1.3倍。本發(fā)明還涉及用于制備該合成結(jié)構(gòu)(40)的工藝。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1779950SQ20051011725
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者A·布薩戈?duì)? B·富爾 申請(qǐng)人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司