[發明專利]一種復合襯底及其制造方法

在審

• 申請號: 202011528158.8
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112652687A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 至芯半導體（杭州）有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/44;H01L33/00
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

本發明提供了一種復合襯底，屬于半導體器件領域，包括襯底基板，所述襯底基板上交錯分布有凹槽，凹槽中填充異質材料填充層，異質材料填充層上表面低于襯底基板上表面；襯底基板和異質材料填充層的折射率相異且異質材料填充層折射率小于4。本發明還提供一種復合襯底制造方法。本發明能夠提高外延層的晶體質量，降低位錯；同時還可以改善襯底基板和外延層界面之間的折射率差，增加光出射的幾率，保證光的提取效率，從而提升亮度。

技術領域

本發明涉及一種復合襯底及其制造方法，屬于半導體器件領域。

背景技術

以氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)及其三元和四元合金材料為主的第三代半導體材料，由于其能帶寬度可在0.7eV至6.2eV連續可調，且均為直接帶隙，以及其優異的物理、化學穩定性，高飽和電子遷移率等特性，成為GaN基發光二極管(LED)、激光器、電子功率器件等光電器件的優選材料。但是，由于GaN和AlN單晶材料制備非常困難，鑒于藍寶石襯底的優異性能和技術成熟度，目前通常都是選擇藍寶石襯底。然而，藍寶石與GaN材料的晶格常數相差約15％，與AlN材料晶格常數相差約為13.3％，導致在藍寶石襯底上生產的氮化物材料晶體質量差，從而影響器件的使用壽命和發光效率。圖形化藍寶石襯底(PSS)技術在GaN基LED外延生長中得到大幅度推廣與應用，呈現迅猛發展的勢頭。相對采用平片藍寶石襯底制作的LED芯片，PSS對應的LED芯片亮度提升30％左右。PSS已經成為LED產業的主流襯底材料。

雖然PSS能夠提高出光和改善外延層晶格質量，然而由于藍寶石材料的化學鍵能大、性能穩定的特點，導致PSS制備困難、成本高。同時，光從有源區進入藍寶石襯底時，光線在藍寶石襯底和外延層的界面會發生反射和折射，對于正置或倒置的LED芯片，其光線的出射效率均較低，不利于提升發光二極管的光提取效率。

為了提高出光率以及提升外延層晶體質量，大量的研究人員積極的開發如SiC、ZnO等襯底。然而，由于目前的技術不成熟以及上述襯底自身存在的一些問題，目前的進展仍然比較緩慢。因此，如何在現有技術上，提升襯底的出光，成為了亟待解決的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種復合襯底，該復合襯底能提高外延層的晶體質量，降低位錯，同時還可以改善襯底基板和外延層界面之間的折射率差，增加光出射的幾率，保證光的提取效率，從而提升亮度。

本發明通過以下技術方案得以實現。

本發明提供的一種復合襯底，包括襯底基板，其特征在于：所述襯底基板上交錯分布有凹槽，凹槽中填充異質材料填充層，異質材料填充層上表面低于襯底基板上表面；襯底基板和異質材料填充層的折射率相異且異質材料填充層折射率小于4。

有氮化物層覆蓋在襯底基板和異質材料填充層上；襯底基板上覆蓋的氮化物層和異質材料填充層上覆蓋的氮化物層厚度相同。

所述異質材料填充層包含至少兩種折射率相異的材料；異質材料填充層的折射率由底至上單調增減。

所述異質材料填充層上表面和襯底基板上表面的高度差為5～200nm。

在襯底基板上生長一層SiO2,制出穿過SiO2的凹槽，往凹槽中填充異質材料填充層，去除襯底基板上表面的SiO2，在襯底基板和異質材料填充層上生長氮化物層。

所述凹槽通過等離子刻蝕或激光切割制出。

所述SiO2用刻蝕液去除。

所述SiO2用等離子增強化學氣相沉積設備形成。

所述氮化物層是利用三甲基鋁、氫氣和氨氣生長得到AlN。

所述刻蝕液為BOE溶液或HF溶液。