[發明專利]一種半導體圖形襯底的制造及外延的方法

在審

• 申請號: 201710890136.8
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107731660A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 湯英文
• 申請（專利權）人: 閩南師范大學;江蘇達安光電有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 談杰

技術領域

本發明屬于半導體領域，尤其涉及一種半導體圖形襯底的制造及外延的方法。

背景技術

鋁鎵銦氮(AlGaInN)等寬禁帶半導體材料在半導體照明領域得到了廣泛的使用。例如AlGaInN基半導體發光二極管，可以應用于儀器工作狀態指示，交通信號燈，大屏幕顯示，照明等等。近來AlGaInN基的紫外已經有初步的應用、電力電子及微波器件等在軍用雷達到了初步應用，但是存在一些問題。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

現有電子器件存在崩塌效應，沒有能外延生長出高質量AlGaInN的低價合適的襯底，而GaN單晶襯底又價格昂貴，民用市場難于接受；當前藍寶石、硅襯底及碳化硅襯底是外延生長AlGaInN薄膜最廣泛的襯底，但是由于藍寶石等襯底與AlGaInN等外延層的晶格常數及熱膨脹系數的差異造成晶格失配、熱適配從而產生位錯、裂紋等問題，很難得到高質量的AlGaInN單晶薄膜。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種半導體圖形襯底的制造及外延的方法。

本發明是這樣實現的，一種半導體圖形襯底的制造及外延的方法，所述半導體圖形襯底的制造及外延的方法，通過將藍寶石襯底(或硅襯底或砷化鎵襯底或磷化銦襯底，為了方便描述，本發明以藍寶石襯底為例說明)生長一層氧化鋅ZnO；然后制作成蒙古包一樣的ZnO圖形，露出藍寶石；然后用物理氣相沉積PVD等物理方法生長AlN保護層；通過高溫氫氣或氨氣把保護層下的ZnO反應掉或部分反應掉。留下中空或部分中空的AlN。

進一步，所述半導體圖形襯底的制造及外延的方法，具體包括：

取一片厚度為300微米-500微米拋光的藍寶石襯底或硅襯底或碳化硅襯底或砷化鎵襯底或磷化鎵襯底，然后在藍寶石拋光面外延生長0.1微米-5微米的ZnO；

光刻，留下圓形圖形的光刻膠，圖形直徑在0.1微米-5微米；圓形間距為0.1微米-5微米；

然后進行Ar氣等離子刻蝕或化學腐蝕，使氧化鋅成為藍寶石圖形化襯底PSS的圖形，做成藍寶石的ZnO的圖形化襯底；

然后采用濺射的物理方法在藍寶石的圖形化襯底上生長AlN藍寶石復合襯底保護膜；

將藍寶石復合襯底放入外延設備中，通氨氣或氫氣或者兩者的任意比混合氣，加熱到700攝氏度～1200攝氏度，高溫下氨氣或氫氣或者兩者的混合氣與ZnO反應生成氣體產物被抽掉，有ZnO的AlN下面變成中空的AlN小包。

進一步，光刻，留下圓形圖形的光刻膠中，圖形直徑優選的在0.5微米-1微米。

進一步，圓形圖形的光刻膠間距優選0.5微米-1微米。

進一步，所述進行Ar氣等的等離子刻蝕，包括ICP法或RIE法。

進一步，所述采用PVD或MBE的物理方法在藍寶石上ZnO的圖形化襯底上生長AlN保護膜，AlN的厚度為0.1微米-5微米藍寶石復合襯底。

本發明的優點及積極效果為：

本發明通過將藍寶石等襯底生長一層氧化鋅(ZnO)，然后制作成蒙古包一樣的ZnO圖形，露出藍寶石，然后用物理氣相沉積(PVD)等物理方法生長AlN保護層；通過高溫氫氣或氨氣把保護層下的ZnO反應掉或部分反應掉，留下來的AlN就是中空的蒙古包，這樣在AlN上外延生長AlGaInN時，在AlGaInN下層就會形成空洞，大大緩沖了AlGaInN與藍寶石之間的熱應力，這樣就減少了藍寶石與AlGaInN之間的膨脹系數差異引起的應力，可以大大減少AlGaInN的位錯從而提高晶體質量，可以代替GaN單晶襯底，達到降低芯片制造成本的80％以上,有利于AlGaInN基LED、電子及微波器件的民用。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的半導體圖形襯底的制造及外延的方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

目前，現有電子器件存在崩塌效應，主要是沒有能外延生長出高質量AlGaInN的低價合適的襯底，而GaN單晶襯底又價格昂貴，民用市場難于接受；當前藍寶石、硅襯底及碳化硅襯底是外延生長AlGaInN薄膜最廣泛的襯底，但是由于藍寶石等襯底與AlGaInN等外延層的晶格常數及熱膨脹系數的差異造成晶格失配、熱適配從而產生位錯、裂紋等問題，很難得到高質量的AlGaInN單晶薄膜。