[發(fā)明專利]氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910160715.2
• 申請(qǐng)日: 2009-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN101958375A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭義德;林素芳;郭威宏;劉柏均;紀(jì)東煒;趙主立;蔡政達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01S5/30;H01L21/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邱軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來發(fā)光二極管(LED)和激光(LD)廣泛的被應(yīng)用在市場上，例如以氮化鎵(GaN)制成的藍(lán)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(tǒng)燈泡光源亮且省電，可以大幅降低用電量。此外，發(fā)光二極管的壽命約在數(shù)萬小時(shí)以上，壽命比傳統(tǒng)燈泡長。

在氮化鎵半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造過程中，由于氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板之間的晶格常數(shù)與熱膨脹系數(shù)的差異，容易造成氮化鎵半導(dǎo)體于外延過程中產(chǎn)生穿透位錯(cuò)與熱應(yīng)力，因而影響發(fā)光元件的發(fā)光效率。

已知在分離氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板的方法包括利用光照法，使激光光穿透基板照射基板與氮化鎵半導(dǎo)體層之間的界面，來達(dá)到分離氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板的目的。另外，也可以利用濕式蝕刻法直接移除基板與氮化鎵半導(dǎo)體層之間的阻障結(jié)構(gòu)(barrier?structure)來達(dá)到弱化氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板之間的連結(jié)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而分離氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板。除此之外，還可以利用于高溫下進(jìn)行氣相蝕刻直接移除氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板之間的界面層，達(dá)到分離氮化鎵半導(dǎo)體層與外延基板的目的。

例如美國專利US?6,582,986就披露了一種利用懸空外延(pendeo-epitaxy)的方式形成氮化鎵半導(dǎo)體層的方法。這種方法適用于碳化硅基板這類易于蝕刻的材料，而且在外延基板與氮化鎵半導(dǎo)體層之間當(dāng)作晶種的緩沖層易有應(yīng)力集中的狀況。

PCT專利公開WO2007/107757則披露了一種利用調(diào)整外延參數(shù)的方式，如圖1所示，直接于外延基板100表面進(jìn)行外延(epitaxy)，以于氮化層101上形成氮化鎵納米柱(GaN?nanocolumn)102。之后，以氮化鎵納米柱102為晶種，進(jìn)行側(cè)向外延成長而形成厚膜氮化鎵半導(dǎo)體層104，再進(jìn)行降溫工藝使氮化鎵半導(dǎo)體層104與外延基板100界面裂開(crack)之后，然后施以機(jī)械力讓氮化鎵半導(dǎo)體層104與外延基板100分離出氮化鎵厚膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一實(shí)施例提出一種氮化物半導(dǎo)體基板，包括外延基板、氮化物柱層、氮化物半導(dǎo)體層以及掩模層，其中氮化物柱層包括圖案化排列的第一柱與圖案化排列的第二柱。上述氮化物柱層是形成于外延基板上，其中每個(gè)第二柱的橫截面寬度小于每個(gè)第一柱的橫截面寬度，且各個(gè)第二柱之間的距離大于各個(gè)第一柱之間的距離。掩模層則覆蓋在第一柱、第二柱與外延基板的表面。上述氮化物半導(dǎo)體層形成于氮化物柱層上。

本發(fā)明另一實(shí)施例提出一種氮化物半導(dǎo)體基板的制造方法，包括于外延基板表面形成多個(gè)圖案化排列的第一柱，再于外延基板表面形成一層掩模層覆蓋第一柱的側(cè)壁與部分頂面。然后，在第一柱上形成多個(gè)圖案化排列的第二柱，其中每一第二柱的橫截面寬度小于每一第一柱的橫截面寬度，且各個(gè)第二柱之間的距離大于各個(gè)第一柱之間的距離。接著，透過第二柱進(jìn)行側(cè)向外延工藝，以形成氮化物半導(dǎo)體層。

本發(fā)明的再一實(shí)施例提出一種氮化物半導(dǎo)體基板，包括外延基板、圖案化的氮化物半導(dǎo)體柱層、氮化物半導(dǎo)體層以及掩模層。上述氮化物半導(dǎo)體柱層包括數(shù)個(gè)圖案化排列的第一空洞結(jié)構(gòu)以及形成于第一空洞結(jié)構(gòu)間的數(shù)個(gè)圖案化排列的第二空洞結(jié)構(gòu)，其中第二空洞結(jié)構(gòu)為納米尺寸。氮化物半導(dǎo)體柱層是形成于外延基板上，而氮化物半導(dǎo)體層是形成于氮化物半導(dǎo)體柱層上。掩模層則覆蓋在氮化物半導(dǎo)體柱層與外延基板的表面。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提出一種氮化物半導(dǎo)體基板的制造方法，包括于外延基板表面形成圖案化的氮化物半導(dǎo)體柱層，其具有數(shù)個(gè)圖案化排列的第一空洞結(jié)構(gòu)以及位于第一空洞結(jié)構(gòu)之間的圖案化排列的數(shù)個(gè)第二空洞結(jié)構(gòu)，其中上述第二空洞結(jié)構(gòu)為納米尺寸。接著，在氮化物半導(dǎo)體柱層的側(cè)壁以及外延基板表面形成掩模層，再以氮化物半導(dǎo)體柱層為晶種進(jìn)行側(cè)向外延工藝(epitaxial?lateral?over?growth，ELOG)，以形成氮化物半導(dǎo)體層。

為讓本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1為已知的一種氮化物半導(dǎo)體基板的剖面簡圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種氮化物半導(dǎo)體基板的剖面簡圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種氮化物半導(dǎo)體基板的剖面簡圖。

圖4A至圖4I為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一種氮化物半導(dǎo)體基板的制造流程剖面圖。

圖5A至圖5H為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種氮化物半導(dǎo)體基板的制造流程剖面圖。

圖6A和圖6B為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例和第四實(shí)施例作出的雛型樣品的SEM照片。