上海芯元基新型GaN復(fù)合襯底的制備技術(shù)

科技半導(dǎo)體公司提出的GaN基復(fù)合襯底技術(shù)，結(jié)合企業(yè)自身的LED芯片技術(shù)，在大大提高LED出光效率的同時，還能大幅降低高端LED芯片的生產(chǎn)成本，改進(jìn)現(xiàn)有LED的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，同時該技術(shù)還可擴展應(yīng)用到GaN功率器件和MicroLED領(lǐng)域。

集微網(wǎng)消息，據(jù)半導(dǎo)體市場預(yù)測，到2022年氮化鎵（GaN）功率器件的市場規(guī)模將達(dá)到64億元。與此同時，國內(nèi)的GaN產(chǎn)業(yè)也在飛速成長，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀企業(yè)。前不久，上海芯元基半導(dǎo)體公司在“登場芯力量·云路演平臺”進(jìn)行項目路演，展示了薄膜結(jié)構(gòu)的GaN外延器件，可廣泛應(yīng)用于低高端LED芯片產(chǎn)業(yè)中。

隨著近年來半導(dǎo)體照明的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴大。為了提高LED發(fā)光效率和品質(zhì)，諸多企業(yè)大力投入資金與人才進(jìn)行生長襯底的技術(shù)研發(fā)，目前主流的襯底技術(shù)路線是藍(lán)寶石技術(shù)路線、Si襯底技術(shù)路線、SiC襯底技術(shù)路線、GaN同質(zhì)襯底技術(shù)、復(fù)合襯底技術(shù)等，而這些襯底技術(shù)有的存在后續(xù)外延生長困難的問題，低溫生長條件下SiO2膜層或DBR膜層表面沉積多晶，高溫條件下難以沉積GaN，外延工藝條件苛刻，難以量產(chǎn)；有的則需在SiO2膜層結(jié)構(gòu)上進(jìn)行微觀圖形的制作，沉積的條件非常苛刻，晶體質(zhì)量也不高。因此，為了對LED應(yīng)用提出更高的要求，還需要對襯底技術(shù)繼續(xù)提升和挖掘來有效提高GaN基外延層及LED外延結(jié)構(gòu)晶體質(zhì)量，改善LED各項性能指標(biāo)。

在這種條件下，上海芯元基半導(dǎo)體公司于2019年3月6日提出一項名為“一種復(fù)合襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法”（申請?zhí)枺?01910169196.X）的發(fā)明專利，申請人為上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司。

此專利主要介紹了一種復(fù)合襯底的制備技術(shù)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中LED外延窗口受到污染，外延層晶體質(zhì)量不高等問題。

圖1復(fù)合襯底的制備方法

圖1展示了此專利中提出的復(fù)合襯底制備方法流程，首先提供生長襯底，材料可為Al2O3、SiC、Si、ZnO或GaN等，緊接著在生長襯底上表面形成金屬或者金屬氧化物的保護(hù)層，以保護(hù)生長襯底表面晶體不受到刻蝕氣體或聚合物的腐蝕和污染，為后續(xù)外延提供一個干凈且平整的生長窗口，同時還可以起到連接生長襯底表面的半導(dǎo)體介質(zhì)膜層的作用。在步驟3中，需要在保護(hù)層上表面形成SiO2層、Si3N4等半導(dǎo)體介質(zhì)膜層，此半導(dǎo)體介質(zhì)各個膜層之間折射率的差異以及介質(zhì)膜層與半導(dǎo)體器件中GaN層之間的折射率差異可以提高半導(dǎo)體器件的出光率。

圖2介質(zhì)膜層與凸起結(jié)構(gòu)示意圖

在圖1的步驟4中，通過光刻與干法刻蝕工藝將半導(dǎo)體介質(zhì)膜層13圖形化，以在保護(hù)層上表面形成周期性間隔分布的凸起，凸起之間暴露出部分保護(hù)層12，如圖2所示。而在步驟5中，用濕法刻蝕工藝將凸起之間暴露出的保護(hù)層12去除，以在生長襯底表面形成周期性間隔分布的凸起結(jié)構(gòu)13＇。凸起結(jié)構(gòu)包括保護(hù)層或保護(hù)層之上的半導(dǎo)體介質(zhì)膜層，這些位于生長襯底之上的凸起結(jié)構(gòu)，可以使得形成于復(fù)合襯底表面的外延層側(cè)向生長的晶體質(zhì)量更好。

專利提出的上述工藝制作過程中，外延生長窗口得到了保護(hù)。在刻蝕過程中，襯底表面很容易受到氣體或聚合物的腐蝕和污染，且難以清洗干凈，襯底表面晶體被破壞，對后續(xù)外延生長很不利，難以形成高質(zhì)量的外延層。而此專利中加入保護(hù)層，能夠使襯底表面不受影響，為后續(xù)外延層提供一個干凈且平整的生長窗口，有利于襯底的外延生長，可實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。

以上就是上海芯元基科技半導(dǎo)體公司提出的GaN基復(fù)合襯底技術(shù)，結(jié)合企業(yè)自身的LED芯片技術(shù)，在大大提高LED出光效率的同時，還能大幅降低高端LED芯片的生產(chǎn)成本，改進(jìn)現(xiàn)有LED的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，打破國際壟斷格局，同時該技術(shù)還可擴展應(yīng)用到GaN功率器件和MicroLED領(lǐng)域。