[發明專利]一種半導體的極性控制結構及制作方法

有效

• 申請號: 201710245300.X
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107195732B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 鄭錦堅;周啟倫;王星河;鐘志白;臧雅姝;徐宸科;杜偉華;林峰;李水清;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/02;H01L33/14
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技術領域

本發明涉及半導體材料生長及器件領域，特別是一種半導體的極性控制結構及制作方法。

背景技術

現今，21世紀半導體行業取得了快速的方法，半導體發光二極管（LED），特別是氮化物發光二極管因其較高的發光效率，在普通照明領域已取得廣泛的應用。氮化物半導體具有兩種極性面，一種為氮極性的非金屬極性面，一種為Ga-或Al-等金屬極性面，該極性面由襯底或緩沖層的表面極性所決定。為了獲得更好的金屬接觸和表面平整度，一般希望最終半導體的表面為金屬極性。為了獲得恒定金屬極性的半導體表面，我們采用了一種半導體的極性控制結構和方法，通過在半導體層的界面接入一層極性控制層，以阻擋襯底或緩沖層的極性延伸和傳遞，使生長完的半導體表面的極性保持恒定的金屬極性面。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種半導體的極性控制結構及制作方法，通過在緩沖層和第一導電型的第三半導體層間插入一層極性控制層，以阻斷襯底或緩沖層的極性傳遞，使生長完的半導體表面具有恒定的金屬極性。不論襯底或緩沖層的表面為金屬極性或非金屬極性，最終外延完的半導體表面為恒定的金屬極性面。

根據本發明的第一方面，一種半導體的極性控制結構，從下至上包括襯底，緩沖層，第一導電型的第三半導體層，有源層以及第二導電型的第四半導體層；于所述第一導電型的第三半導體層內部插入一極性控制層，以調控最終半導體的表面或界面極性。

進一步地，所述極性控制層至少為一層，進行多層堆疊極性控制層重復單元，以隔斷襯底或緩沖層的極性傳導與延伸，使生長完半導體的表面具有恒定的金屬極性。

進一步地，所述極性控制層的厚度超過極性傳導臨界厚度，以阻斷襯底或緩沖層的極性向上傳導或延伸。

進一步地，所述極性控制層包括金屬催化劑以及半導體納米柱。

進一步地，所述極性控制層包括：于第一半導體納米柱的底部、頂端分別形成第一金屬催化劑、第二金屬催化劑，以及于第二半導體納米柱的底部、頂端分別形成第三金屬催化劑、第四金屬催化劑。

進一步地，所述第一半導體、第二半導體、第三半導體、第四半導體的材料為III-V族化合物半導體或II-VI族化合物半導體或Si基或SiC或Ge等半導體材料。

進一步地，所述第一金屬催化劑、第三金屬催化劑處于過飽和狀態，表面積分別大于第一半導體納米柱、第二半導體納米柱的表面，使催化生長完第一半導體納米柱、第二半導體納米柱后的底部分別形成第一金屬催化劑、第三金屬催化劑，第一半導體納米柱、第二半導體納米柱的頂端分別形成第二金屬催化劑、第四金屬催化劑。

進一步地，所述金屬催化劑材料為Ag、Al、Au、Zn等金屬催化劑。

根據本發明的第二方面，一種半導體的極性結構的制作方法，包含以下步驟：

步驟（1）：在襯底上沉積緩沖層，然后，在緩沖層的表面上沉積第一金屬催化劑，其厚度至少大于50個原子層，超過極性傳導臨界厚度，以阻斷緩沖層和襯底的極性傳遞；第一金屬催化劑催化生長第一半導體納米柱，第一金屬催化劑處于過飽和狀態，表面積大于第一半導體納米柱的表面積，第一金屬催化劑保留在第一半導體納米柱的底部，于第一半導體納米柱的頂端第二金屬納米催化劑；由于第一金屬催化劑保留在第一半導體納米柱的底部起到極性阻斷作用，使生長后的第一半導體納米柱的極性不受襯底或緩沖層的極性影響，其起始極性為非金屬極性或金屬極性，終止極性始終為金屬極性；然后，在第一半導體納米柱的第二金屬催化劑上方形成掩膜層；

步驟（2）：去除在第一半導體納米柱間隙位置的掩膜層，沉積第三金屬催化劑，其厚度至少大于50個原子層，超過極性傳導臨界厚度，阻斷緩沖層和襯底的極性傳遞與延伸；

步驟（3）：在第三金屬催化劑催化作用下生長第二半導體納米柱，第三金屬催化劑處于過飽和狀態，表面積大于第二半導體納米柱的表面積，第三金屬催化劑保留在第二半導體納米柱的底部，于第二半導體納米柱的頂端形成第四金屬催化劑；由于第三金屬催化劑保留在第二半導體納米柱的底部起到極性阻斷作用，使生長后的第二半導體納米柱的極性不受襯底或緩沖層的極性影響，其起始極性為非金屬極性或金屬極性，終止極性始終為金屬極性；

步驟（4）：去除掩膜層，形成第一金屬催化劑/第一半導體納米柱/第二金屬催化劑和第二金屬催化劑/第二半導體納米柱/第四金屬催化劑交替組合的多列柱狀表面的極性控制層；