[發明專利]三族氮化物垂直柱陣列襯底

有效

• 申請號: 200610093762.6
• 申請日: 2006-06-19
• 公開（公告）號: CN101093867A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 賴志銘;劉文岳;蔡政達;許榮宗;果尚志;沈昌宏;林弘偉
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01S5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波;侯宇

技術領域

本發明涉及一種三五族半導體襯底，尤其涉及一種三族氮化物垂直柱陣列(vertical-rod?array)襯底。

背景技術

近年來發光二極管(LED)和激光器(LD)廣泛地被應用在市場上，例如以氮化鎵(GaN)制成的藍光與黃色熒光粉組合可以獲得白光，不只是在亮度上或用電量方面皆比之前的傳統泡光源亮且省電，可以大幅降低用電量。此外，發光二極管的壽命約在數萬小時以上，壽命比傳統燈泡長。

從紅光、綠光、藍光到紫外光的發光二極管在目前市面上主要的器件大多數的產品是由氮化鎵系列的化合物為主，但由于氧化鋁襯底(sapphire)本身與氮化鎵的晶格常數(lattice?constant)、熱膨脹系數及化學性質的差異，所以在異質襯底(例如是硅襯底、碳化硅襯底或是氧化鋁襯底)上生長的氮化鎵層會有許多的線缺陷、位錯，且這些位錯會隨著生長的氮化鎵層的厚度增加而延伸，也就是形成穿透位錯。而此類缺陷影響紫外光的發光二極管及氮化鎵系列的激光器性能和使用壽命。

為了降低穿透位錯，常規發展出多種襯底結構。圖1繪示為常規一種三族氮化物襯底的剖面簡圖。請參照圖1，襯底100上有一層GaN緩沖層102，而GaN緩沖層102上配置多個阻障圖案104，由阻障圖案104之間所裸露的GaN緩沖層上生長半導體層106，也就是GaN外延層，并包覆阻障圖案104。此種襯底結構是利用阻障圖案截斷部份位錯，以使位于阻障圖案之上的部份GaN外延層不會產生穿透位錯。然而，這樣生長的GaN外延層仍具有嚴重的區域性位錯現象，也就是在沒有阻障圖案104位置上的GaN外延層具有分布較為密集的位錯產生。

圖2繪示為常規另一種三族氮化物襯底的剖面簡圖。請參照圖2，在襯底200上形成緩沖層202與晶種層204，之后在襯底200中形成穿透緩沖層202與晶種層204的溝槽206，也就是將緩沖層202與晶種層204圖案化成條狀結構。利用異質結構的選擇性側向生長法，稱之為PE(Pendeo-epitaxy)，使GaN外延層只在條形晶種層204的側壁上懸空側向生長，然后覆蓋在條狀的晶種層204上，用以阻止部份垂直方向的穿透位錯。與圖1所述的襯底結構所生長的GaN外延層相似，上述懸空生長的GaN外延層同樣具有區域性穿透位錯的問題，也就是穿透位錯現象密集于某些區域產生。而并非是生長出無位錯現象的GaN外延層。

由于使用上述兩襯底結構所生長的三族氮化物外延層中都有穿透位錯的問題，因此所生長的三族氮化物外延層的厚度受限于位錯現象，都小于20微米。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三族氮化物垂直柱陣列襯底，可以提供一個位錯均勻的半導體層生長環境。

本發明的再一目的是提供一種三族氮化物垂直柱陣列襯底，可提供一結構弱化點，有助于半導體層與襯底相互分離。

本發明提出一種三族氮化物垂直柱陣列襯底，此三族氮化物垂直柱陣列襯底包括：襯底、緩沖層與垂直柱陣列層。其中，緩沖層位于襯底上方，且垂直柱陣列層位于緩沖層上，而垂直柱陣列層是由多個立于緩沖層上的垂直柱組成。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中每一垂直柱的材料包括三族氮化物，例如氮化鎵。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中緩沖層是一復合層。而復合層的材料包括氮化硅/三族氮化物。又此緩沖層的厚度約為1～60納米。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中緩沖層的材料包括氮化硅。而緩沖層的厚度約小于10納米。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中每一該些垂直柱的截面直徑約為60～150納米。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，還包括三族氮化物層位于垂直柱陣列層上。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中垂直柱陣列層的厚度約為10納米～5微米。

依照本發明一實施例的三族氮化物垂直柱陣列襯底所述，其中垂直柱陣列層中垂直柱的分布密度約在10⁹～10¹²/cm²之間。

本發明另提出一種三族氮化物垂直柱陣列襯底。此三族氮化物垂直柱陣列襯底包括：襯底、垂直柱陣列層與氮化鎵半導體層。其中，垂直柱陣列層位于襯底上，且垂直柱陣列層是由多個單晶性垂直柱組成。又氮化鎵半導體層位于垂直柱陣列層上。