[發(fā)明專利]III族氮化物襯底制備方法和半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110402917.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112802930B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 至芯半導(dǎo)體（杭州）有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;B82Y20/00;B82Y40/00;H01L33/10;H01L33/22
• 代理公司: 北京華創(chuàng)智道知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

一種III族氮化物襯底制備方法和半導(dǎo)體器件，其中III族氮化物襯底制備方法包括：在襯底表面形成多孔SiO₂層，將多孔金屬掩膜層覆蓋于所述多孔SiO₂層，其中所述多孔金屬掩膜層的多孔與所述多孔SiO₂層的多孔一一對(duì)應(yīng)且孔徑一致；在所述多孔金屬掩膜層上表面和所述一一對(duì)應(yīng)的多孔中同步生長(zhǎng)III族氮化物層；去除所述多孔金屬掩膜層上表面的III族氮化物層和多孔金屬掩膜層形成周期性排列的III族氮化物納米柱。本發(fā)明在襯底表面生長(zhǎng)SiO₂層，利用襯底與SiO₂的折射率差異，增加深紫外LED的出光效率；同時(shí)形成SiO₂和金屬雙層掩膜層帶有相同結(jié)構(gòu)的周期性排列通孔，通過(guò)在通孔中生長(zhǎng)III族氮化物，較為容易地實(shí)現(xiàn)了周期性排列且避免了直接刻蝕方法導(dǎo)致的暗裂和雜質(zhì)污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種III族氮化物襯底制備方法和半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

深紫外LED作為典型的第三代寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)物，其具有體積小、壽命長(zhǎng)、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地殺滅細(xì)菌，對(duì)炭疽孢子，大腸桿菌，流感，瘧疾等病毒具有高速高效滅殺的功能，被廣泛用于表面、空氣、水殺菌等。而AlGaN作為深紫外LED的核心材料，其禁帶寬度隨著Al組分由0到1變化在3.4eV到6.2eV之間連續(xù)可調(diào)，相應(yīng)波段覆蓋了200--365nm，涵蓋了大部分紫外波段，是制備紫外發(fā)光與探測(cè)器件的理想材料。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于深紫外LED的生產(chǎn)通常是在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)出AlN單晶來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般采用直接的干法刻蝕或濕法刻蝕的納米壓印技術(shù)制作圖形化納米柱，但直接刻蝕方法又帶來(lái)如下問(wèn)題：

1. 容易引起AlN層出現(xiàn)暗裂，導(dǎo)致材料缺陷，對(duì)后續(xù)外延層及器件的質(zhì)量及性能帶來(lái)不利影響；

2. 容易導(dǎo)致Cl、Br等雜質(zhì)離子的殘留，造成污染；

3. 直接刻蝕的方法導(dǎo)致AlN納米柱排列周期性差，大小不均。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種III族氮化物襯底，該III族氮化物襯底質(zhì)量高、出光率高，其包括：包括襯底、在所述襯底上形成的多孔SiO₂層、在所述多孔SiO₂層的多孔中形成的III族氮化物納米柱；其中，所述SiO₂層的多孔為通孔且周期性排列，所述III族氮化物納米柱高于所述SiO₂層的上表面。

優(yōu)選的，所述多孔SiO₂層折射率與所述襯底的折射率不同。在利用襯底與SiO₂的折射率差異，增加深紫外LED的出光效率。折射率差異較小時(shí)，光折射率提高，進(jìn)而提高光線向基底的透射率，有利于制備倒裝結(jié)構(gòu)的器件；而當(dāng)折射率差異較大時(shí)，使得由外延層入射至異質(zhì)微結(jié)構(gòu)處的光線反射率提高，從而可以改善外延層和基底界面處的光反射，使得更多的光線由基底朝向外延層的方向向外出射，有利于制備正裝結(jié)構(gòu)的器件。因此，通過(guò)調(diào)整折射率差，可以提高光線的出光效率，從而提升了亮度。

優(yōu)選的，所述III族氮化物納米柱截面形狀和大小與所述SiO₂層的多孔形狀和大小一致。

優(yōu)選的，所述襯底包含：氧化鋅、玻璃、藍(lán)寶石、碳化硅中的任意一種。

優(yōu)選的，所述III族氮化物納米柱包含GaN納米柱、AlN納米柱、AlGaN納米柱中的任意一種。

優(yōu)選的，所述多孔SiO₂層的厚度為5nm~100nm，且孔的直徑為50nm~1000nm，深度為5nm~100nm，孔間距為100~1000nm。

基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明另提供一種III族氮化物襯底制備方法，包括如下步驟：