在金刚石衬底上形成氮化镓装置，该装置例如用于发光二极管，以替代白炽灯泡和荧光灯泡。在一个实施方案中，以至少两种方法在金刚石上形成氮化镓二极管（或其他装置）。第一种方法包括在金刚石上生长氮化镓以及在该氮化镓层上构建所述装置。第二种方法包含将氮化镓（装置或薄膜）粘合到金刚石上，以及将所述装置构建到所粘合的氮化镓上。这些装置可以提供比白炽灯或荧光灯明显要高的效率，并且可以提供比其他技术显著要高的光密度或能量密度。利用类似的方法和结构可得到其他氮化镓半导体装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石上的氮化镓发光装置
技术介绍
家用和工业照明用的光通常由白炽灯或荧光灯提供。这种灯通常 消耗大量能量，效率低，并且还会产生不希望有的热量。作为这种灯的一种潜在替代，可以使用氮化镓发光二极管(LED)。氮化镓装置可 以通过在硅、蓝宝石、尖晶石或碳化硅上生长氮化镓薄膜来形成。在 适当掺杂下生长P型层和n型层，通过已知的方法形成接触以及通过 施加适当的电压来获取发光。可以将氮化镓层用铝或铟掺杂 (alloyed),以调节输出波长使适合于特定应用。光输出一般位于紫 光、紫外线、蓝光或绿光光镨区域内。来自氮化镓LED的光输出一般是单色的，并不适用于白光照明。 为获得白光输出，将LED涂上磷光物质(phosphor)，磷光物质吸收 该单色的LED输出并将该光转化为宽频带白光。市场上已有这些装置， 但这些装置只有非常低的光输出。现有氮化镓基灯(gallium nitride based lamps)的另一个问题 在于为了氮化镓基灯工作时的光水平对于普通照明是有用的，要求 其有更高的能量输出。同时，为了使该灯适销，要求该灯有更小的尺 寸。这些在目前是相互对立的要求。
技术实现思路
在金刚石村底上形成氮化镓装置，以制造金刚石半导体装置。在 一个实施方案中，以至少两种方法中的一种在金刚石上形成氮化镓二 极管(或其他装置)。第一个实例方法包括在金刚石上生长氮化镓以 及在该氮化镓层上构建所述装置。第二个实例方法包含将氮化镓(装 置或薄膜)光粘合到金刚石上以及将所述装置构建到所粘合的氮化镓 上。这些装置可以提供比白炽灯或荧光灯明显要高的效率，并且可以 提供比已有半导体技术要大的光密度或能量密度。利用类似的方法和 结构可得到其他氮化镓半导体装置。附图说明图1-4图解了根据本专利技术的一些实施方案在金刚石衬底上制造 氮化镓半导体装置的方法。图5图解了一种根据本专利技术的一些实施方案形成于金刚石衬底上 的氮化镓半导体装置，该金刚石衬底具有掺硼晶格，使得金刚石晶格 为p型半导体。图6图解了根据本专利技术的一些实施方案将掺硼金刚石用作p型半 导体材料，以及将诸如氮化镓之类的其他掺杂剂用作形成n型半导体 材料，以此形成诸如二极管之类的基础半导体装置。图7图解了根据本专利技术的一些实施方案，异质结结构的形成，该 异质结结构由插入在半导体结构中的具有适当带隙的材料形成。具体实施方式在以下描述中，参考了构成本说明书一部分的附图，在这些附图 中，以图解的方式示出了可以实施的具体实施方案。对这些实施方案 作充分详细的描述，以使本
中的普通技术人员能够实施本发 明，并且应该理解的是，可以使用其他实施方案，并且在不脱离本发 明的范围的情况下可以作结构上、逻辑上以及电学上的改变。如此， 不应当从限定的意义上去理解本专利技术，本专利技术的范围是由所附权利要 求来限定的。在金刚石衬底上形成氮化镓装置，该装置用于发光二极管和替代 白炽灯泡和荧光灯泡用于白光照明。在一个实施方案中，以至少两种 方法在金刚石上形成氮化镓二极管(或其他装置)。第一种方法包括在 金刚石上生长氮化镓以及在氮化镓层上构建所迷装置。第二种方法包 含将氮化镓(装置或薄膜)粘合到金刚石上并且将所述装置构建到所 粘合的氮化镓上。这些装置是非常理想的，因为它们比白炽灯或荧光 灯具有明显要高的效率。在一个实施方案中，金刚石衬底比任何目前衬底导热更好，从而 当增加输出功率水平时，装置尺寸可以缩小。或者当更进一步增加输 出时，可以使用相同尺寸的装置。用诸如金刚石之类的昂贵衬底替代 诸如硅的低廉衬底看起来似乎并不正确。然而，在任何衬底上生长氮化镓层的成本是制造氮化镓装置的主要成本。由于所获每流明光 的成本降低，使用金刚石村底可能比使用较低廉的衬底更为经济。在另一个实施方案中，在金刚石衬底上构建氮化镓和合金激光器。就功率和成本而言，可以将所述方法如同应用于LED那样应用于激光 器。这类激光器应用可以包括DVD、高密度光存储、数据传输、医疗 诊断、外科以及其他应用。氮化物半导体已知为宽带隙半导体。通常这些半导体在比常规半 导体更高的频率和更高的功率水平下运行，以及可以产生(如LED或 激光器)比其他半导体材料频率更高和功率水平更高的光。在所有情 形下，所述装置的输出功率水平可能受到装置材料热导率的限制。其 中有宽带隙半导体紧密固定在金刚石衬底上的，以及该装置层是薄的 装置可以获得最高性能。这可通过在单晶金刚石上生长薄的宽带隙半 导体层以及之后在该层上进行装置加工来最好地实现。晶体完整性晶体完整性程度高、没有应变的半导体的一些氮化 物装置(以及其他半导体装置)性能发挥最好。就这方面而言，在金 刚石薄膜上生长晶体薄膜的方法将既不会给出高度完整的晶体也不会 给出程度低的应变(由所用金刚石和半导体之间巨大的热膨胀系数差 异引起的)。在一种制造用作氮化物衬底的金刚石衬底的方法中(加工方法)， 制造一种适当取向的无支撑的(freestanding)金刚石板材。将该板 材加工成具有高度理想磨光(在平滑度、光滑度和TTV方面)的半导 体硬质基底(grade substrate),或者将其加工成与半导体加工机械 相兼容(低的厚度变化、取向平面等)。在一个实施方案中，所制造的 表面平滑度优于十分之一波长(一般为绿光)以及表面光滑度优于lnm 或比lnm还小。通过适当的磨光可以获取这种光滑度。在以下步骤中，将氮化物贴合到金刚石表面。以如上所述的金刚 石衬底成品开始，利用溶剂、酸清理所述表面，并将其储存在没有微 粒的环境中。和现有装置情形一样，然后可以制造氮化物装置。然后 可以将所获的氮化物结构或装置薄化到可允许的最小厚度。然后通过 下列方式将该结构或装置贴合至金刚石衬底将结构或装置放在金刚 石上，并轻微移动以除去层间空气。在一个实施方案中，利用接近室温的热循环来促进空气层的除去。 然后可以将金刚石-氮化物装置固定到散热片上并且将其作为一装置 进行操作。在另一个实施方案中，制造在金刚石上的碳化硅。可以通 过如上的通常方式来制造碳化硅装置，以及以与固定和操作氮化物装 置相同或相似的方式对其进行固定和操作。于是该碳化硅装置如上地 得到固定和操作。在再一个实施方案中，也可以将其他半导体装置固 定在金刚石上。也可以如上所述地形成其他诸如硅、硅-锗、砷化物、 磷化物、锑化物、硫化物、硒化物或碲化物之类的其他半导体装置以 及将这些半导体装置粘合到金刚石上。流程图a.制造金刚石衬底的基本过程金刚石籽晶<formula>formula see original document page 9</formula>分离之后的金刚石籽晶和生长层所制得的用于半导体生长的金刚石晶种b.粘合半导体装置层的过程所制得的用于半导体生长的金刚石籽晶具有独立的半导体装置层的金刚石晶种i i和半导体装置层粘合在一起的金刚石层下面描述利用嵌入和剥离(lift off )技术在金刚石上制造氮化 物半导体层的过程。氮化物半导体已知为宽带隙半导体。通常这些半 导体在比传统半导体更高的频率和更高的功率水平下运行，以及可以 产生(如LED或激光器)比其他半导体材料频率更高和功率水平更高 的光。其中有宽带隙半导体紧密固定在金刚石衬底上的，以及装置层 是薄的装置可以获得较本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括： 将Ｈ↓［２］嵌入到金刚石衬底中以提供一个顶部可塑层；以及 在嵌有Ｈ↓［２］的金刚石衬底上生长一层ＧａＮ。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-26 60/647,2101.一种方法，包括将H2嵌入到金刚石衬底中以提供一个顶部可塑层；以及在嵌有H2的金刚石衬底上生长一层GaN。2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，使用高功率RF沉积生长 所述GaN。3. 根据权利要求1的方法，其特征在于，使用微波沉积生长所述GaN。4. 根据权利要求1的方法，其特征在于，H2的浓度在每立方厘米 大概8 x IO至IO个原子之间。5. 根据权利要求1的方法，其特征在于，112以50KeV到1MeV的能 量嵌入。6. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述金刚石是单晶金刚石。7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，所述金刚石可塑层具有 111晶体取向。8. 根据权利要求1的方法，还包括在所生长的GaN层上生长一层 金刚石。9. 根据权利要求8的方法，还包括将氢嵌入到所生长的金刚石层中。10. 根据权利要求9的方法，还包括在所生长的嵌有氲的金刚石层 上生长第二层GaN。11. 根据权利要求10的方法，其特征在于，所生长的第二层GaN 是n型掺杂或p型摻杂。12. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所生长的GaN层是n 型掺杂或p型掺杂。13. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述GaN层通过CVD 形成，用到HC1与Ga的反应，并且进一步与砷化氢、磷化氢或氨中的 至少一种发生反应以形成GaN层。14. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述GaN层通过金属 有机CVD方法形成。15. 根据权利要求14的方法，其特征在于，所述GaN层在包括射 频能量、光学能量或其他能量源的一种热源存在下，由与一种氢化物 混合的三甲基镓、二甲基镓或其他有机镓中的至少一种形成。16. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述GaN层经过液相 外延生长形成，其中籽晶放置在随后冷却的GaN溶液中。17. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述GaN层通过分子 束外延生长形成，其中金属在相对的真空下气化并且沉积形成GaN层。18. 根据权利要求17的方法，其特征在于，所述真空里还包括磷 化氢、氨、磷或氮中的至少一种。19. 根据权利要求17的方法，其中GaN层还通过增强与微波等离 子体的反应而形成。20. 根据权利要求1的方法，其特征在于，利用所述方法形成半 导体。21. 根据权利要求20的方法，其特征在于，所述半导体是发光二 极管。22. 根据权利要求20的方法，其特征在于，所述半导体是电子发 射器。23. 根据权利要求20的方法，其特征在于，所述金刚石是半导体 元件。24. 根据权利要求20的方法，其特征在于，所述金刚石是用于半 导体装置的散热片衬底。25. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述金刚石包括单晶、 多晶、纳米晶或其他类型的金刚石。26. —种金刚石半导体装置，包括一个金刚石衬底，该衬底嵌有氲，以形成一个顶部可塑层；以及 一层生长在嵌有H2的金刚石衬底上的GaN。27. 根据权利要求26的金刚石半导体装置，其特征在于，使用高 功率RF沉积生长所述GaN。28. 根据权利要求26的金刚石半导体装置，其特征在于，使用微 波沉积生长所述GaN。29. 根据权利要求26的金刚石半导体装置，其特征在于，H2的浓 度在每立方厘米大概8 x IO至IO个原子之间。30. 根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：RC里纳雷斯，
申请(专利权)人：阿波罗钻石公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。