本发明涉及用于 GaN外延生长的衬底， 特别涉及一种带有防止金属扩散保护层的 高效复合衬底。 背景技术

以 GaN和 InGaN、 AlGaN为主的 III/V氮化物是近年来备受关注的半导体材料， 其 1.9-6.2eV连续可变的直接带隙， 优异的物理、 化学稳定性， 高饱和电子迁移率等等 特性， 使其成为激光器、 发光二极管等等光电子器件的最优选材料。

然而对于现在的 GaN基半导体材料器件来讲， 由于缺少 GaN衬底， 通常 GaN基 LED的外延膜主要是生长在蓝宝石衬底、 SiC或 Si等衬底上。 到目前为止， GaN材料 体系的外延生长技术， 基本是基于大失配的异质外延技术。 应用最为广泛， 专利保护 最多的， 主要是蓝宝石衬底的异质外延技术。其主要问 题是： 1. 由于 GaN和蓝宝石之 间有较大的晶格失配和热应力失配，由此造成 10 ⁹ cm_ ² 的失配位错，严重影响晶体质量， 降低 LED的发光效率和使用寿命； 2. 蓝宝石是绝缘体， 常温下电阻率大于 ΙΟ^Ω η, 这样就无法制作垂直结构的器件， 通常只能在外延层上表面制作 Ν型和 Ρ型电极。 因 此使有效发光面积减小， 同时增加了器件制备中的光刻和刻蚀工艺过程 ， 使材料的利 用率降低； 3. 蓝宝石的导热性能不好，在 100°C热导率约为 0.25 W/cm K,这对于 GaN 基器件的性能影响很大， 特别是在大面积大功率器件中， 散热问题非常突出； 4. 在 GaN—基激光器（LD) 的制作中， 由于蓝宝石硬度很高， 并且蓝宝石晶格与 GaN晶格 之间存在一个 30度的夹角， 所以难于获得 InGaN LD外延层的解理面， 也就不能通过 解理的方法得到 InGaN— LD的腔面。

而对于 SiC衬底来说，虽然其晶体常数与 GaN晶格常数最为相近，晶格失配较小， 但同样是异质外延， 同样存在失配位错及热失配位错， 且 SiC衬底造价昂贵， 在 GaN 基 LED器件的应用中存在明显困难。 Si衬底也是近些年开始研究的 GaN基外延衬底， 然而 Si衬底与 GaN的晶格失配度相较蓝宝石衬底还要大， 并且 Si衬底为立方晶向， GaN为六方晶向，这更增加了在其上外延 GaN材料的困难，目前在 Si衬底生长的 GaN 层面临开裂等严重问题， 生长厚度很难超过 4微米。 因此， 对于晶体外延而言， 无论从外延生长的理论上， 还是半导体外延技术的发 展历史， 都已经证明， 同质外延是最佳选择。 近期， 人们开始开发 GaN单晶衬底制备 技术， GaN单晶衬底的出现， 使得 GaN外延回归了同质外延， 可以很好地提高外延 GaN晶体的晶体质量， 并且， GaN晶体较好的导热导电特性， 使得使用 GaN衬底外延 的 LED外延片可以直接制备为垂直结构 LED器件， 从而提高了器件在大电流注入下 的性能。 然而， GaN单晶衬底高昂的价格直接制约了其在 LED器件的应用。 目前， 一 片 2英寸 GaN单晶衬底价格可以达到 2000美金， 而目前市场一片 2英寸高功率 LED 外延片的价格不超过 100美金， 这样的巨大成本完全限制了 GaN单晶衬底在 LED市 场的应用。 发明内容

本发明的目的在于提供一种可以直接用于生长 GaN外延片的高效复合衬底， 既要 兼顾 GaN外延所需要的同质外延， 提高晶体质量， 又可以直接制备垂直结构 LED, 且 要大幅降低了成本， 同时有效避免金属材料在 MOCVD高温生长时的扩散挥发给实验 设备带来的污染问题。

本发明用于 GaN 生长的复合衬底， 包括一导热导电层和位于该导热导电层上的 GaN单晶层， 其特征在于， 至少在复合衬底的侧壁包裹有防止金属扩散的 保护层。

本发明的复合衬底包含至少两层材料构成的衬 底主体以及一层未完全包裹衬底主 体 （需要露出用于 GaN生长的 GaN单晶层表面） 的防止金属扩散的保护层。 如图 1 所示， 该复合衬底首先包括一层导热导电层 2， 在该导热导电衬底上键合一层 GaN单 晶 1， 另包含一层未完全包裹的外部防止金属扩散保 护层 3。

上述导热导电层厚度为 10微米〜 3000微米， 优选为 50微米〜 400微米。 该导热 导电层所选材料需满足以下特征： （1 )熔点超过 1000°C， 或在 1000°C下可以基本保持 固态； （2) 具有较高的导热特性和导电特性。

按以上要求， 该导热导电层材料可以选择一些单质金属或合 金或准合金， 例如金 属 W， 金属 Ni， 金属 Mo， 金属 Pd， 金属 Au， 金属 Cr等， 或以上金属的任意两种或 两种以上的合金，或以上一种、两种或两种以 上金属与 Cu的合金，如 WCu合金、 MoCu 合金以及 MCu合金等等材料。 该导热导电材料还可以为 Si晶体、 SiC晶体或 AlSi晶 体等。

在导热导电层上的 GaN层厚度为 0.1微米〜 100微米，优选 1微米〜 20微米。 GaN 层以单晶形式存在。

该导热导电材料与 GaN晶体之间通过刚性或柔性键合方式连接。此 键合若为刚性 的范德瓦尔兹力的键合， 则需要导热导电层材料的热胀系数与 GaN相近， 这里的相近 是指热胀系数差别在 10%以内， 且导热导电材料和 GaN晶体间没有任何介质。 也可以 是通过柔性介质将导热导电层与 GaN层键合在一起。 若为柔性介质键合， 则需要该介 质拥有超过 1000°C的熔点， 并且具有一定延展性， 可以弛豫应力， 优选厚度为 0.5微 米〜 5微米的 AuAu键合， 或金属 W、 Pd或 M等高温金属键合。具有上述厚度的金属 介质键合， 可以弛豫 GaN和导热导电层之间由于热涨系数不同所带来 的热失配应力， 因此， 使用柔性介质键合方式， 无需导热导电层的热胀系数与 GaN相同和相近。

本发明的复合衬底具有未完全包裹的外部防止 金属扩散的保护层结构设计。 该保 护层材料的选取有以下几个要求： 第一， 该材料需可承受 1100°C以内不分解、不熔化； 第二， 该材料不可使用金属， 不能具有挥发性。 其优选材料为 Si0 ₂ 、 Si ₃ N ₄ SiC、 GaN 或 A1N等。 该保护层的厚度为 20纳米〜 5微米， 优选为 100纳米〜 2微米。 该保护层 设计为不完全包裹方式， 其包裹方式主要有以下六种：

第一种. 该保护层 3只包裹复合衬底的侧壁， 如图 2所示；

第二种. 该保护层 3既包裹复合衬底侧壁，同时包裹到 GaN层 1表面边缘 l-10mm 宽的区域， 优选包裹 GaN层 1表面边缘 l-5mm宽的区域， 如图 3所示；

第三种. 该保护层 3 既包裹复合衬底侧壁， 同时包裹到导热导电层 2 底面边缘 l-10mm宽的区域， 优选包裹导热导电层 2底面边缘 l-5mm宽的区域， 如图 4所示； 第四种. 该保护层 3既包裹复合衬底侧壁， 同时包裹到 GaN层 1表面边缘及导热 导电层 2底面边缘 l-10mm宽的区域， 优选包裹 GaN层 1表面边缘和导热导电层 2底 面边缘 l-5mm宽的区域， 如图 5所示；

第五种. 该保护层 3既包裹复合衬底侧壁， 同时包裹导热导电层 2全部底面， 如 图 1所示；

第六种. 该保护层 3既包裹复合衬底侧壁， 同时包裹导热导电层 2全部底面以及 GaN层表面边缘 l-10mm宽的区域， 其中该区域宽度优选为 l-5mm， 如图 6所示。

该防止金属扩散保护层设计尤为重要。本发明 所述的复合衬底的主体为多层结构， 至少包括 GaN层和导热导电层双层结构， 它们之间通过键合层连接。 如前所述， 本发 明所使用的导热导电层优选材料均为金属材料 ， 其中包括金属 W， 金属 Ni， 金属 Mo， 金属 Pd， 金属 Au， 金属 Cr等， 或其合金。 同样， 键合层使用的材料也多为 AuAu键 合， 或金属 W、 Pd或 Ni等高温金属键合。 这些金属材料中， 有些金属材料， 尤其是 金， 在高温下是扩散性很强的元素。 GaN外延片外延需要在高精密的金属有机气相外 延设备 （MOCVD) 设备中进行。 而这些金属扩散会引起设备反应腔室污染， 从而损 坏设备， 给复合衬底应用带来很大的困难。 因此， 防止金属高温扩散的外部保护层设 计尤为重要。

选择一定厚度的保护层可以有效防止复合衬底 在高温时的金属成分扩散。 本发明 中的前四种保护设计方案主要用来防止导热导 电层选取的金属材料扩散性质不强， 而 键合层的金属材料扩散严重引起的问题。 第五种和第六种方案主要用来防止导热导电 层选取的金属材料及键合层的金属材料均扩散 严重引起问题。 而第二种、 第四种及第 六种保护层结构中针对 GaN表面部分保护的设计， 主要是为了防止生长过程中， GaN 边缘破裂的问题。

进一步的， 该复合衬底内还可具有一反射层， 该反射层位于 GaN单晶层的内部、 底部或底面， 所述 GaN单晶层的底面是指 GaN单晶层与导热导电层连接的一面。 该 反射层可位于导热导电层与 GaN层之间的键合层靠近 GaN层一端 （即键合层与 GaN 层之间）， 如图 7所示； 也可以是位于 GaN层内， 如图 8所示。 若该反射层位于键合 层靠近 GaN层一端， 则该反射层可以为金属反射层， 如 Pd， Cr等金属反射层。 若该 反射层位于 GaN层内部或 GaN层底部， 该反射层可以是具有光栅或光子晶格结构的 周期性或准周期性结构， 如图 9所示。

所述光栅结构是指微米级的周期性结构， 所述光子晶格结构是指纳米级的周期性 结构， 这些周期性结构可以是周期性的圆锥形突起或 凹坑、 圆台形突起或凹坑、 圆柱 形突起或凹坑、 三角锥形突起或凹坑， 或者是其他任意形状的周期性突起或凹坑。 如 图 5所示， 其中 （a)显示了一种三角锥凹坑周期性结构， （b)显示了一种圆柱凹坑周 期性结构。 这种微米级或纳米级周期性结构的结构周期可 以为 10nm〜50微米， 优选 200nm〜10微米。 图 5中， w和 d分别代表凹坑的最大宽度和深度， A代表结构周期， 其中 A> w。

所述光栅结构是指微米级的周期性结构， 所述光子晶格结构是指纳米级的周期性 结构， 这些周期性结构可以是周期性圆锥形突起或凹 坑、 圆台形突起或凹坑、 圆柱形 突起或凹坑、 三角锥形突起或凹坑， 或者是其他任意形状的周期性突起或凹坑。 如图 10所示， 其中 （a)显示了一种三角锥凹坑周期性结构， （b)显示了一种圆柱凹坑周期 性结构。 这种微米级或纳米级周期性结构的结构周期可 以为 10ηιη〜50μιη， 优选 200ηιη〜10μιη。 图 10中， w和 d分别代表凹坑的最大宽度和深度， A代表结构周期， 其中 A> w。

作为反射层的微米级或纳米级周期性结构通常 是由耐高温 （熔点在 1000°C以上） 的， 折射率与 GaN不同的材料制作而成的， 例如以 Si0 ₂ 、 SiN等能够通过晶体方式生 长或镀膜方式生长的材料形成周期性结构， 嵌于 GaN单晶层内。 由于这些材料和 GaN 折射率不同， 从而形成有效的全反射界面， 且周期性结构有效提高了界面的平均折射 率。

在一些情况下， 位于 GaN层底部的周期性结构并非由不同于 GaN的材料形成， 而 仅仅是在 GaN层底面形成的周期性图形， 这样的周期性图形也能起到反射层的作用。

该反射层设计对于用本发明所述复合衬底外延 生长的 GaN基器件具有非常重要的 作用。 通常在其上外延的发光器件， 有源层发光会向 360度出射， 如图 11所示。 若没 有该反射层设计， 而该发光材料近 40%射向导热导电层方向的光都会被衬底吸收而 不 能出射， 因此， 采用带有反射层设计的衬底材料以将光提取效 率提高至少 30%以上。 本发明所述复合衬底可以直接用于 GaN外延片外延生长， 并进而制备垂直结构 LED器件。 与传统技术相比， 其有非常明显的优点。

首先， 对比现有技术的蓝宝石衬底生长。 现今蓝宝石衬底是 GaN外延片生长的最 常用衬底， 然而， 蓝宝石衬底不导电不导热， 在蓝宝石衬底生长的 GaN很难制备垂直 结构 LED器件， 大多制备为平面结构 LED, 不利于散热， 无法制备为高功率器件。 另 外， 蓝宝石衬底由于和 GaN为异质衬底， GaN生长质量受到限制， 无法制备高质量的 GaN外延片。

本发明的复合衬底相较蓝宝石衬底有明显优势 。一方面，复合衬底有一层 GaN层， 因此， 在复合衬底生长 GaN外延片属于同质外延生长， 可以明显提高生长 GaN外延 片的晶体质量， 从而提高内量子效率。 两一方面， 复合衬底中导热导电层的使用， 可 以使利用复合衬底生长的 GaN外延片直接按传统芯片工艺制备为垂直结构 LED器件， 而不受衬底无法导热导电的制约， 更大限度提高了器件的效率。

其次， 相对于现有技术的 Si衬底生长和 SiC衬底生长。 这两种衬底虽然由于其导 热导电性， 在其衬底生长的 GaN外延片都可以直接制备垂直结构 LED, 但两者均为异 质外延， 不利于生长的 GaN晶体质量提高。 尤其是 Si衬底， 在其上生长的 GaN外延 需要插入多层 AlGaN调节应力， 且在其上生长的 GaN厚度很难超过 3-4微米。 SiC衬 底虽然和 GaN晶体晶格常数较为相近，但由于 SiC晶体本身制备非常困难，造价很高， 所以很难被广泛应用在 GaN基高功率 LED器件。 本发明所述复合衬底相对这两种衬 底， 主要优势体现在复合衬底属于同质外延生长， 可以很好的提高 GaN外延片的晶体 质量， 从而获得更广阔的应用。

再次， 相对于 GaN单晶衬底而言， GaN单晶衬底为同质外延衬底， 与本发明所述 复合衬底同为同质外延， 应用该两种衬底的外延生长可以大幅提高 GaN晶体质量。 但 是相较 GaN单晶衬底高昂的造价， 本发明所述复合衬底使用原材料为更为廉价的 导热 导电材料和厚度仅为 GaN单晶衬底四百分之一到四分之一的厚度，价 格远远低于 GaN 单晶衬底， 因此具有更广阔的应用前景。

最后， 保护层的使用有效避免了金属材料的导热导电 层、 键合层和 /或反射层在 MOCVD高温生长时的金属扩散挥发给实验设备带� ��的污染问题。

附图说明

图 1是本发明复合衬底的结构示意图。

图 2是复合衬底侧壁包裹防止金属扩散保护层的� �构示意图。

图 3是复合衬底侧壁及部分表面包裹防止金属扩� �保护层的结构示意图。

图 4是复合衬底侧壁及部分底面包裹防止金属扩� �保护层的结构示意图。

图 5是复合衬底侧壁及部分表面和底面包裹防止� �属扩散保护层的结构示意图。 图 6 是复合衬底侧壁及部分表面及整体底面包裹防 止金属扩散保护层的结构示意 图。

图 7是反射层位于复合衬底键合层靠近 GaN—端的结构示意图。

图 8是反射层位于复合衬底 GaN层内的结构示意图。

图 9是反射层光栅或光子晶格周期性结构示意图� �

图 10是反射层为三角锥凹坑 （a) 或圆柱凹坑 （b) 形状的周期性结构示意图。 图 11是 LED有源层发光立体出光角以及表面出光光锥的 示意图。

图 12是实施例 1制作 GaN层内具有反射层结构且侧壁具有保护层的 GaN/WCu 复合衬底的流程图，其中： （a)是第二步在 4微米 GaN/蓝宝石衬底的 GaN面制备 Si0 ₂ 周期反射层的示意图； （b) 是第三步制作反射层后利用 HVPE技术继续生长 GaN至 GaN总厚度达到 10微米的示意图； （c) 是第四步加工后得到了位于 Si衬底上的具有 反射层结构的 GaN层结构示意图； （d) 是最后获得的 GaN/WCu复合衬底的结构示意 图。

图 13是实施例 1第四步通过 502胶粘接 Si衬底及激光剥离蓝宝石衬底的步骤示 意图。

图 14是实施例 1第五步高温键合以及 Si衬底高温脱落步骤示意图。

图 15是实施例 2制备的 GaN/MoCu复合衬底结构示意图。

图 16是实施例 3制作具有金属反射层的 GaN/MoCu复合衬底的流程图，其中： （a) 是第三步在粘结于 Si衬底上的 GaN单晶层上蒸镀 Pd金属反射层所得结构的示意图； (b) 是通过 NiNi键合获得具有 Pd金属反射层， 并包覆了保护层的 GaN/MoCu复合 衬底的结构示意图。

图 17是实施例 4制作 Si衬底范德瓦尔兹键合 GaN层的复合衬底的流程图，其中： ( a) 是第三步在 GaN/蓝宝石衬底的 GaN面制备 Si0 ₂ 圆柱形周期结构的示意图； （b) 是第四步制作反射层后利用 HVPE技术继续生长 GaN至 GaN总厚度达到 50微米的示 意图； （c)是第五步通过范德瓦尔兹键合形成蓝宝石 /GaN/Si结构的示意图； （d)是第 六步通过激光剥离获得 GaN/Si复合衬底的示意图。

图 18是实施例 5制备的 GaN/SiC复合衬底结构示意图。

图 19是实施例 6制备的 GaN/AISi复合衬底结构示意图。

图 20是实施例 7制备的 GaN/WCu复合衬底结构示意图。

图中：

1 GaN层， 2 导热导电层， 3—保护层， 4一键合层， 5—反射层， 5'—反射层图 形结构， 6—蓝宝石衬底， 7— Si衬底， 8— SiC单晶衬底， 9 AlSi单晶衬底。 具体实施方式

下面结合附图， 通过实施例对本发明进行详细描述， 但这并非是对本发明的限制， 本领域技术人员根据本发明的基本思想， 可以做出各种修改或改进， 只要不脱离本发 明的基本思想， 均在本发明的范围之内。

实施例 1 : WCu金属衬底 AuAu键合 GaN层的金属复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底 6， 利用本领域技术人员所熟 知的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片 1。

第二步， 利用 PECVD技术在上述生长的 GaN单晶表面生长一层 1微米厚的 Si0 ₂ 薄膜， 并利用本领域技术人员所熟知的光刻以及干法 刻蚀技术将 Si0 ₂ 薄层制备成周期 为 3微米， 底径 2.5微米， 高 1微米的圆锥形周期结构 5'， 如图 12 (a)所示。 圆锥图 形间距处要露出 GaN表面。 这一周期性结构即可以作为反射层使用。

第三步， 将制备好反射层结构的上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN至 GaN单晶总厚度达到 10微米， 如图 12 (b) 所示。

第四步， 将上述生长好的 GaN单晶的 GaN面使用 502快干胶粘接到 2英寸 400 微米的单晶 Si衬底 7上，使用 Si衬底 7做转移支撑衬底，再通过本领域技术人员所� � 知的激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离掉， 只剩下粘接在 Si衬底上的 GaN单晶， 转移 及剥离过程如图 13所示， 得到的位于 Si衬底上的具有反射层结构的 GaN层结构如图 12 (c) 所示。

第五步， 在 Si衬底上的 GaN单晶的 GaN面和 WCu合金衬底表面同时蒸镀 1微 米的 Au。 然后在 300°C， 压力 5吨下， 通过 15分钟键合在一起。 键合完毕后， 502快 干胶会在高温下碳化， 因此， Si衬底和 GaN/WCu复合衬底的连接会自动分离， 如图 14所示。

第六步， 使用 PECVD 技术将该衬底的正面、 反面以及侧面均生长厚度达到 500 纳米的 Si0 ₂ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁保护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬 底 GaN表面以及底面的 Si0 ₂ 薄膜， 只留下侧壁保护部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 12 (d) 所示的复合衬底， 该衬底包括一层 150 微米厚的 WCu合金金属衬底 2， W和 Cu的质量比为 15%比 85%。 通过 AuAu键合和 一层 10微米厚的 GaN单晶键合在一起。该键合层 4 Au厚度为 2微米。该衬底具有 500nm 厚 Si0 ₂ 侧面保护层 3， 该保护层设计如发明内容所述第一种设计方案 。在 GaN层 1靠 近键合层 4约 4微米处包括一层反射层图形结构 5'。该图形结构如图 12所示， 为周期 3微米、 高度 1微米、 底径 2.5微米的圆锥形 Si0 ₂ 图形层结构。 实施例 2: MoCu金属衬底 AuAu键合 GaN层的金属复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片。

第二步， 利用 PECVD技术在上述生长的 GaN单晶表面生长一层 1微米厚的 Si0 ₂ 薄膜， 并利用本领域技术人员所熟知的光刻以及干法 刻蚀技术将 Si0 ₂ 薄层制备成周期 为 3微米， 底径 2.5微米， 高 1微米的圆锥形周期结构， 参见图 12 (a)。 圆锥图形间 距处要露出 GaN表面。 这一周期性结构即可以作为反射层使用。

第三步， 将制备好反射层结构的上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN至 GaN单晶总厚度达到 10微米， 参见图 12 (b)。

第四步， 将上述生长好的 GaN单晶的 GaN面使用 502快干胶粘接到 2英寸 400 微米的单晶 Si衬底上，使用 Si衬底做转移支撑衬底。再通过本领域技术人� ��所熟知的 激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离掉， 只剩下粘接在 Si衬底上的 GaN单晶。 制备过程 如图 13所示， 制备产品如图 12 ( c) 所示。

第五步， 在 Si衬底上的 GaN单晶的 GaN面和 MoCu合金衬底表面同时蒸镀 1微 米的 Au。 然后在 300°C， 压力 5吨下， 通过 15分钟键合在一起。 键合完毕后， 502快 干胶会在高温下碳化， 因此， Si衬底和 GaN/WCu复合衬底的连接会自动分离。

第六步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 2微米 的 Si ₃ N ₄ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁及 GaN表面边缘 5毫米范围保护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬底 GaN表面其余部分以及整个底面的 Si ₃ N ₄ 薄膜，只留下侧壁 及 GaN表面边缘 5毫米部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 15所示的复合衬底，该衬底包括一层 150微米厚 的 MoCu合金金属衬底 2， Mo和 Cu的质量比为 20%比 80%。 通过 AuAu键合和一层 10微米厚的 GaN单晶 1键合在一起。 该键合层 4 Au厚度为 2微米。 该衬底具有 2微 米厚侧面及部分表面 Si ₃ N ₄ 保护层 3， 该保护层设计如发明内容所述第二种设计方案 。 在 GaN层 1靠近键合层 4约 4微米处包括一层反射层图形结构 5'。该图形结构为周期 3微米， 高度 1微米， 底径 2.5微米的圆锥形 Si0 ₂ 图形层结构。 实施例 3: MoCu金属衬底 NiNi键合 GaN层的金属复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片。

第二步， 将上述生长好的 GaN单晶的 GaN面使用 502快干胶粘接到 2英寸 400 微米的单晶 Si衬底上，使用 Si衬底做转移支撑衬底，再通过本领域技术人� ��所熟知的 激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离掉， 只剩下粘接在 Si衬底上的 GaN单晶， 参见图 13。

第三步， 在 Si衬底上的 GaN单晶的 GaN面蒸镀 200nm Pd金属作为反射层 5， 如 图 16 ( a) 所示。

第四步， 将蒸镀好反射层的在 Si衬底上的 GaN单晶在反射层上和 MoCu合金衬 底表面同时蒸镀 2微米的 Ni， 然后在 800°C， 压力 15吨下， 通过 15分钟键合在一起， 键合工艺参见图 14。键合完毕后， 502快干胶会在高温下碳化，因此， Si衬底和 GaN/WCu 复合衬底的连接会自动分离。

第五步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 50微米 的 Si ₃ N ₄ 薄膜保护层，然后使用光刻胶将衬底侧壁 及 MoCu衬底底面边缘 5毫米范围保 护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬底 GaN表面其余部分以及整个底面的 Si ₃ N ₄ 薄膜， 只留下 侧壁及 MoCu衬底底面边缘 5毫米部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 16 (b) 所示的复合衬底， 该衬底包括一层 150 微米厚的 MoCu合金金属衬底 2， Mo和 Cu的质量比为 20%比 80%。 通过 MNi键合 和一层 4微米厚的 GaN单晶 1键合在一起。该键合层 4 Ni厚度为 4微米。该衬底具有 50纳米厚侧面及部分底面 Si ₃ N ₄ 保护层 3，该保护层设计如发明内容所述第三种设计� � 案。 在 GaN层 1靠近键合层 4处包括一层 Pd金属反射层 5。 实施例 4: Si衬底范德瓦尔兹键合 GaN层的复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片。

第二步，将上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN 至 GaN单晶总厚度达到 46微米。

第三步， 利用 PECVD技术在上述生长的 GaN单晶表面生长一层 1微米厚的 Si0 ₂ 薄膜， 并利用本领域技术人员所熟知的光刻以及干法 刻蚀技术将 Si0 ₂ 薄层制备成周期 为 3微米， 底径 2微米， 高 1微米的圆柱形周期结构 5'， 如图 17 (a) 所示。 圆柱图 形间距处要露出 GaN表面。 这一周期性结构即可以作为反射层使用。

第四步， 将制备好反射层结构的上述 GaN单晶继续使用 HVPE技术生长 GaN至 GaN单晶总厚度达到 50微米， 如图 17 (b) 所示。

第五步， 将上述制备好的具有反射层结构的 GaN晶体与 400微米厚的 Si片通过 900°C， 20 吨压力下， 30 分钟直接范德瓦尔兹键合粘结在一起， 形成蓝宝石 /GaN/Si 这样的结构样品， 如图 17 (c) 所示

第六步， 通过本领域技术人员所熟知的激光剥离技术将 蓝宝石衬底剥离掉， 只剩 下 GaN/Si键合的复合衬底结构。

第七步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 5微米 的 Si0 ₂ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁及 GaN表面和 Si衬底底面边缘 5毫 米范围保护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬底 GaN表面和 Si衬底底面其余部分以及整个底 面的 Si0 ₂ 薄膜， 只留下侧壁及 GaN表面和 Si衬底底面边缘 5毫米部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 17 ( d ) 所示的复合衬底， 该衬底包括一层 400 微米厚的 Si单晶衬底 7， 通过范德瓦尔兹力键合和一层 50微米厚的 GaN单晶 1键合 在一起。 该衬底具有 5微米厚侧面及部分 GaN表面和 Si衬底底面 Si0 ₂ 保护层 3， 该 保护层设计如发明内容所述第四种设计方案。 在 GaN层 1靠近键合面 4微米处包括一 层反射层图形结构 5'。 该图形结构为周期 3微米， 高度 1微米， 下底底径 2微米圆柱 形 Si0 ₂ 图形层结构。 实施例 5: SiC衬底 PdPd键合 GaN层的复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片。

第二步， 利用 PECVD技术在上述生长的 GaN单晶表面生长一层 1微米厚的 Si0 ₂ 薄膜， 并利用本领域技术人员所熟知的光刻以及干法 刻蚀技术将 Si0 ₂ 薄层制备成周期 为 3微米， 底径 2.5微米， 高 1微米的圆锥形周期结构， 参见图 12 ( a)。 圆锥图形间 距处要露出 GaN表面。 这一周期性结构即可以作为反射层使用。

第三步， 将制备好反射层结构的上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN至 GaN单晶总厚度达到 10微米， 参见图 12 ( b)。

第四步， 将上述生长好的 GaN单晶的 GaN面使用 502快干胶粘接到 2英寸 400 微米的单晶 Si衬底上，使用 Si衬底做转移支撑衬底，再通过本领域技术人� ��所熟知的 激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离掉， 只剩下粘接在 Si衬底上的 GaN单晶， 如图 13所 示。

第五步， 在 Si衬底上的 GaN单晶的 GaN面和 200微米厚的 SiC衬底表面同时蒸 镀 1微米的 Pd。 然后在 800°C， 压力 8吨下， 通过 15分钟键合在一起。 键合完毕后， 502快干胶会在高温下碳化， 因此， Si衬底和 GaN/SiC复合衬底的连接会自动分离。 第六步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 500纳米的 Si0 ₂ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁和 SiC衬底全部底面保护， 使用 BOE溶 液刻蚀掉衬底 GaN表面的 Si0 ₂ 薄膜， 只留下侧壁和 SiC衬底全部底面部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 18所示的复合衬底，该衬底包括一层 200微米厚 的 SiC单晶衬底 8， 通过 PdPd键合和一层 10微米厚的 GaN单晶 1键合在一起。 该键 合层 4 Pd厚度为 2微米。 该衬底具有 500纳米厚侧面及全部底面 Si0 ₂ 保护层 3， 该保 护层设计如发明内容所述第五种设计方案。在 GaN层 1靠近键合层 4约 4微米处包括 一层反射层图形结构 5'。 该图形结构为周期 3微米， 高度 1微米， 底径 2.5微米的圆 锥形 Si0 ₂ 图形层结构。 实施例 6: AlSi衬底 AuAu键合 GaN层的复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 6微米厚的 GaN单晶外延片。

第三步， 利用 PECVD技术在上述生长的 GaN单晶表面生长一层 1微米厚的 Si0 ₂ 薄膜， 并利用本领域技术人员所熟知的光刻以及干法 刻蚀技术将 Si0 ₂ 薄层制备成周期 为 3微米， 底径 2微米， 高 1微米的圆柱形周期结构， 参见图 17 (a)。 圆柱图形间距 处要露出 GaN表面。 这一周期性结构即可以作为反射层使用。

第四步， 将制备好反射层结构的上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN至 GaN单晶总厚度达到 10微米， 参见图 17 (b)。 .

第五步， 在上述的蓝宝石 /GaN单晶的 GaN面和 200微米厚的 AlSi衬底表面同时 蒸镀 1微米的 Au。 然后在 300°C， 压力 5吨下， 通过 15分钟键合在一起。

第六步， 通过本领域技术人员所熟知的激光剥离技术将 蓝宝石衬底剥离掉， 只剩 下 GaN/AISi键合的复合衬底结构。

第七步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 500纳 米的 Si0 ₂ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁、 AlSi衬底全部底面以及 GaN表 面边缘 2毫米范围保护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬底部分 GaN表面的 Si0 ₂ 薄膜， 只留 下侧壁 AlSi衬底全部底面以及 GaN表面边缘 2毫米部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 19所示的复合衬底，该衬底包括一层 200微米厚 的 AlSi单晶衬底 9， A1组分为 30%， Si组分为 70%。 通过 AuAu键合和一层 10微米 厚的 GaN单晶 1键合在一起。 该键合层 4 Au厚度为 4微米。 该衬底具有 500纳米厚 侧面及全部底面以及 GaN表面边缘 2毫米 Si0 ₂ 保护层 3，该保护层设计如发明内容所 述第六种设计方案。 在 GaN层靠近键合层 4约 4微米处包括一层反射层图形结构 5'。 该图形结构为周期 3微米， 高度 1微米， 底径 2微米的圆柱形 Si0 ₂ 图形层结构。 实施例 7: WCu金属衬底 AuAu键合 GaN层的无反射层复合衬底

第一步， 使用 2英寸 430微米厚的平板蓝宝石衬底， 利用本领域技术人员所熟知 的 MOCVD技术生长 4微米厚的 GaN单晶外延片。

第二步，将上述 GaN单晶继续使用本领域技术人员所熟知的 HVPE技术生长 GaN 至 GaN单晶总厚度达到 10微米。

第三步， 将上述生长好的 GaN单晶的 GaN面使用 502快干胶粘接到 2英寸 400 微米的单晶 Si衬底上，使用 Si衬底做转移支撑衬底，再通过本领域技术人� ��所熟知的 激光剥离技术将蓝宝石衬底剥离掉， 只剩下粘接在 Si衬底上的 GaN单晶。

第四步， 在 Si衬底上的 GaN单晶的 GaN面和 WCu合金衬底表面同时蒸镀 1微 米的 Au， 然后在 300°C， 压力 5吨下， 通过 15分钟键合在一起。 键合完毕后， 502快 干胶会在高温下碳化， 因此， Si衬底和 GaN/WCu复合衬底的连接会自动分离。

第五步， 使用 PECVD技术将该衬底的正面反面以及侧面均生长� ��度达到 500纳 米的 Si0 ₂ 薄膜保护层， 然后使用光刻胶将衬底侧壁、 WCu衬底全部底面以及 GaN表 面边缘 2毫米范围保护， 使用 BOE溶液刻蚀掉衬底部分 GaN表面的 Si0 ₂ 薄膜， 只留 下侧壁 WCu衬底全部底面以及 GaN表面边缘 2毫米部分。

最后通过表面清洗可以得到如图 20所示的复合衬底，该衬底包括一层 150微米厚 的 WCu合金金属衬底 2， W和 Cu的质量比为 15%比 85%。通过 AuAu键合和一层 10 微米厚的 GaN单晶 1键合在一起。 该键合层 4 Au厚度为 2微米。 该衬底具有 500纳 米厚侧面及全部底面以及 GaN表面边缘 2毫米 Si0 ₂ 保护层 3，该保护层设计如发明内 容所述第六种设计方案。