[發明專利]一種半導體結構及其形成方法

有效

• 申請號: 201210027752.8
• 申請日: 2012-02-08
• 公開（公告）號: CN103247724A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 郭磊;李園
• 申請（專利權）人: 郭磊;李園
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種半導體結構及其形成方法。

背景技術

近年來，LED以其壽命長、發光效率高、體積小、堅固耐用、顏色豐富等特點，被廣泛應用于顯示屏、背光源、照明等領域。LED器件的的核心是LED外延片，如何在合適的襯底上獲得高質量、低缺陷密度的GaN系外延材料薄膜對于提高LED的發光效率、壽命等是最為關鍵的因素。然而，由于GaN系外延材料薄膜自身的特性，它與常用的SiC，Al₂O₃襯底，尤其是價格低廉的Si襯底等都有著比較大的晶格失配和熱失配，因此如果在這些襯底上直接外延GaN系外延材料薄膜就會產生大量的穿通位錯，從而導致外延出的GaN薄膜有著很大的位錯密度，嚴重的熱失配還會造成外延薄膜龜裂，嚴重影響制備出的LED器件的性能。為了能夠降低外延GaN薄膜的位錯密度，產生了一種利用GaN材料的橫向生長特性來降低外延薄膜位錯密度的方法，雖然采用此方法在橫向外延出來的材料區域位錯密度比較低，但在非橫向外延區外延出來的材料仍舊存在著大量的穿通位錯，且沒有解決熱失配引起外延薄膜龜裂等問題，依然會嚴重影響制備出的器件的性能。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種半導體結構的形成方法，該方法具有可釋放熱失配應力、薄膜質量高、易于實現的優點。

本發明的另一個目的在于提出一種半導體結構，該半導體結構具有位錯密度小、成本較低的優點。

本發明提出的一種半導體結構的形成方法，包括以下步驟：提供襯底；在所述襯底之上形成第一氮化物半導體層；刻蝕所述第一氮化物半導體層以形成多個開口；從所述開口對所述第一氮化物半導體層進行刻蝕以形成多個孔或槽，所述多個孔或槽延伸至所述襯底頂部表面或內部；通過對所述多個孔或槽對所述襯底進行腐蝕處理以使所述襯底頂部表面形成多孔結構；以及淀積氮化物半導體材料，通過在所述多個孔或槽中所述第一氮化物半導體層的暴露部分進行橫向生長，填充所述多個孔或槽，其后繼續外延生長，在所述第一氮化物半導體層之上形成第二氮化物半導體層。在本發明的優選實施例中，第一氮化物半導體層為AlN層，而第二氮化物半導體層為GaN層。

根據本發明實施例的半導體結構形成方法具有襯底可采用低成本材料(比如硅片)、可有效降低外延生長過程中由于熱失配形成的應力、薄膜質量好、工藝簡單易于實現等優點。在該實施例中，通過多孔結構可以有效地釋放由于熱失配所引起的應力，從而利于制備大尺寸的氮化物半導體材料，例如可以獲得厚度很厚(數十微米以上)、直徑大(基片尺寸可達8-12英寸甚至18英寸)的第二氮化物半導體層(例如GaN層)。更為重要的是，在本發明的實施例中，多孔結構是在形成第一氮化物半導體層(例如AlN層)之后形成的，因此能夠保證多孔結構與第一氮化物半導體層之間良好的界面，同時保證第一氮化物半導體層的生長質量，在高質量的第一氮化物半導體層的基礎上，可以外延出高質量的第二氮化物半導體層。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，所述襯底具有圖形化表面。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，還包括：在所述襯底之上形成緩沖層。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，所述緩沖層為單層的低溫緩沖層結構、多層的超晶格結構或多層的交錯緩沖層結構。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，還包括：在所述第一氮化物半導體層之上形成掩膜層并刻蝕所述掩膜層以形成多個掩膜阻擋結構。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，所述襯底為Si、SiGe、SiC、Al₂O₃、AlN、ZnO、Ga₂O₃、LiGaO₂或LiAlO₂。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，當所述襯底為導電襯底時，所述腐蝕處理為電化學腐蝕處理；當所述襯底為不導電襯底時，所述腐蝕處理為濕法腐蝕處理。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，還包括：對所述襯底注入不同類型和/或不同濃度的摻雜元素，以在所述襯底頂部形成多個刻蝕阻擋結構。

在本發明半導體結構的形成方法的一個實施例中，所述氮化物半導體為GaN、InGaN、AlN、AlGaN、InN、AlGaInN中的一種或多種組合。