氮化物底層及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，具體為一種可以改善表面裂紋的氮化物底層結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展深紫外發(fā)光二極管，生長高晶格質(zhì)量且無裂紋的A1N材料是首要克服的關(guān)鍵技術(shù)，目前在藍(lán)寶石襯底上使用V/III漸變法(V/III mult1-growth modemodificat1n)、脈沖式 NH3 法(NH3 pulsed flow method)、兩步法(two-step method)、三步法(three-step method)以及高低溫交替法(low and high temperaturealternat1n)等皆可以得到一定程度的晶格質(zhì)量且近乎無裂紋的A1N薄膜。
[0003]越來越多的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在藍(lán)寶石襯底上使用派射式(Sputter) A1N材料作為進(jìn)一步生長氮化物薄膜的緩沖層，可以得到高品質(zhì)的底層材料，并且對于發(fā)光二極管的光輸出功率有較大的提升。例如，在藍(lán)寶石襯底上濺射A1N層作為緩沖層，再采用M0CVD生長A1N薄膜于該濺射式A1N緩沖層上，可以大幅降低XRD (102)衍射半波寬。然而，濺射式A1N緩沖層表面非常平整，不會形成不連續(xù)的薄膜表面，無法提供應(yīng)力釋放的路徑，導(dǎo)致表面裂紋嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決氮化物薄膜生長在濺射式A1N緩沖層上會出現(xiàn)表面裂紋嚴(yán)重的問題，本發(fā)明提供了一種氮化物底層結(jié)構(gòu)，采用具有一開放式條狀孔洞的濺射式A1N層作為緩沖層，從而在氮化物薄膜生長于該緩沖層之前提供應(yīng)力釋放的路徑，可以提升氮化物底層結(jié)構(gòu)的晶格質(zhì)量并且改善表面裂紋。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:氮化物底層結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括:襯底，濺射式A1N緩沖層，M0CVD生長的彡X彡1，0彡y彡1 )，其中所述濺射式A1N緩沖層具有平坦的表面，其內(nèi)部具有條狀孔洞，用以提供應(yīng)力釋放的路徑。
[0006]優(yōu)選地，所述孔洞與所述A1N緩沖層的側(cè)壁連通。
[0007]優(yōu)選地，所述濺射式A1N緩沖層的厚度為1 μπι以下。
[0008]優(yōu)選地，所述孔洞的深度為0.1-05 μ m，寬度為100~500 μ m。
[0009]本發(fā)明同時(shí)提供一種氮化物底層的制作方法，包括步驟:1)提供襯底，在其表面上形成條狀材料層；2)在所述條狀材料層及襯底上濺鍍A1N材料層，形成平坦的薄膜；3)從所述襯底端以激光束來回掃描，使所述條狀材料層分解，從而形成表面平坦、內(nèi)部具有條狀孔洞的濺射式A1N緩沖層；4)采用M0CVD在所述濺射式A1N緩沖層上形成AlxIni x yGayN層(Ο^Ξχ^Ξ1);其中，所述條狀材料層的能隙Ε1、激光束的能隙Ε2和Α1Ν緩沖層的能隙Ε3的關(guān)系為:E1 < E2 < E3。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟3)中還包括:濕法蝕刻去除所述A1N材料層分解后產(chǎn)生的殘余物，形成與所述A1N緩沖層的側(cè)壁連通的條狀孔洞。
[0011]優(yōu)選地，所述條狀材料層選用氮化鎵。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟3)中選用波長為248nm的激光束。
[0013]本發(fā)明還提供了另一種氮化物底層的制作方法，包括步驟:1)提供襯底，在其表面上濺鍍A1N材料層，形成平坦的薄膜；2)從所述襯底端以激光束來回掃描，使所述A1N材料層內(nèi)部部分分解，從而形成表面平坦、內(nèi)部具有條狀孔洞的濺射式A1N緩沖層；3)采用M0CVD在所述濺射式A1N緩沖層上形成Alxlni x yGayN層(0彡x彡1，0彡y彡1);其中，所述激光束的能隙E2和A1N緩沖層的能隙E3的關(guān)系為:E2 > E3。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟2)中還包括:濕法蝕刻去除所述A1N材料層分解后產(chǎn)生的殘余物，形成與所述A1N緩沖層的側(cè)壁連通的條狀孔洞。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟2)中選用波長為193nm的激光束。
[0016]前述氮化物底層結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于發(fā)光二極管，特別是深紫外發(fā)光二極管。采用前述制作方法可以獲得高晶格質(zhì)量且無裂紋的A1N底層，然后再進(jìn)行各外延材料層的生長，從而獲得高發(fā)光效率的發(fā)光二極管。
[0017]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0018]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0019]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種氮化物底層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種氮化物發(fā)光二極管示意圖。
[0021]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種制作氮化物底層的流程圖。
[0022]圖4~8為根據(jù)圖3所示流程圖制作氮化物底層的各個(gè)過程結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的另一種制作氮化物底層的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在本發(fā)明被詳細(xì)描述之前，應(yīng)當(dāng)注意在以下的說明內(nèi)容中，類似的組件是以相同的編號來表不。
[0025]參看圖1，本發(fā)明氮化物底層100的一個(gè)較佳實(shí)施例，包含一襯底110、一采用PVD生長在該襯底110上的濺射式A1N緩沖層120，一采用M0CVD生長的AlxIni x yGayN層140(Ο^Ξχ^Ξl)o其中，襯底110襯底1的選取包括但不限于藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵、硅、碳化硅，其表面結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，選用藍(lán)寶石平片襯底。濺射式A1N緩沖層120具有平坦的上表面120a，內(nèi)部具有條狀孔洞結(jié)構(gòu)130，該條狀孔洞130與濺射式A1N緩沖層120的側(cè)壁連通，以釋放應(yīng)力。在本實(shí)施例之氮化物底層結(jié)構(gòu)中，保留濺射式A1N緩沖層能夠提升后續(xù)諸如A1N等氮化物薄膜晶格質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，并導(dǎo)入開放式條狀孔洞層以達(dá)到應(yīng)力釋放，解決氮化物薄膜表面裂紋問題。
[0026]圖2顯示了一種生長于上述氮化物底層結(jié)構(gòu)100上的LED結(jié)構(gòu)，至少還包括η型半導(dǎo)體層200、有源層300和p型半導(dǎo)體層400。一般，A1N材料層可允許實(shí)現(xiàn)低至約200納米波長的光發(fā)射，特別適用于進(jìn)行深紫外LED生長。在該實(shí)施例中，氮化物底層結(jié)構(gòu)100的Alxlni x yGayN層140選用A1N材料，η型半導(dǎo)體層200、有源層300和ρ型半導(dǎo)體層400形成于Α1Ν底層100上，采用AlGaN材料，可實(shí)現(xiàn)波長為210~365nm的高品質(zhì)紫外LED。
[0027]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種制作氮化物底層的流程圖，其包括步驟S110-140,下面結(jié)合圖4~8進(jìn)行說明。
[0028]參看圖4，