半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有藍(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED)大都在c面藍(lán)寶石圖形襯底(Patterned SapphireSubstrate，PSS)上進(jìn)行生長(zhǎng)，藍(lán)寶石圖形襯底一般為密排圓錐形狀。如圖1所示，一般地，首先在PSS上生長(zhǎng)n-GaN層，然后在n-GaN層上生長(zhǎng)InGaN超晶格結(jié)構(gòu)，以在外延表面形成若干V形坑，然后生長(zhǎng)InGaN量子阱。在n-GaN平整表面生長(zhǎng)得到的量子阱為c面量子阱，而在V形坑的側(cè)壁得到的是半極性量子阱。一般地，由于V形坑的面積占比不大，發(fā)光以c面量子阱為主。而后再生長(zhǎng)P-AlGaN電子阻擋層和p-GaN歐姆接觸層，填滿V形坑并獲得平整的外延表面。
[0003]另一方面，傳統(tǒng)的c面InGaN量子阱存在很強(qiáng)的極化電場(chǎng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，造成電子和空穴的波函數(shù)空間分離，復(fù)合效率下降。而在半極性面襯底上生長(zhǎng)的LED可以緩解或規(guī)避極化電場(chǎng)的影響。對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃綠光、黃光和紅光GaN基LED，半極性面量子阱有源區(qū)可以獲得更高的效率。目前生長(zhǎng)半極性面LED的方法主要有以下兩種:一種是在半極性的藍(lán)寶石或GaN同質(zhì)襯底上進(jìn)行生長(zhǎng);還有一種是在n-GaN外延表面制作掩膜材料，通過(guò)選區(qū)生長(zhǎng)獲得含有半極性面的棱錐，然后再生長(zhǎng)InGaN量子阱和P型區(qū)，如圖2所示。
[0004]上述技術(shù)方案存在以下缺陷:
[0005]1、對(duì)于一般的藍(lán)、綠光LED，通過(guò)InGaN超晶格形成V形坑的方法必須依賴下面的穿透位錯(cuò)，而位錯(cuò)是生長(zhǎng)過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生的，其分布存在隨機(jī)性。且位錯(cuò)的密度有限，產(chǎn)生的V形坑也有限。
[0006]2、對(duì)于半極性面LED，如果是在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)，得到的材料層錯(cuò)很多，晶體質(zhì)量不好;如果是在半極性的GaN同質(zhì)襯底上生長(zhǎng)，這種半極性的襯底目前只能提供很小的面積，不適合工業(yè)化生產(chǎn);如果是采用掩膜選取生長(zhǎng)，工藝復(fù)雜、制作周期長(zhǎng)、成品率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分;緩沖層，位于襯底上表面的平面部分上;n-GaN層，位于緩沖層和襯底上表面的突起部分上，所述n-GaN層的上表面包括平整表面和V形坑。
[0008]本發(fā)明還提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括:提供襯底，該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分;在襯底上表面的平面部分上形成緩沖層;在800-1000°C的溫度下，在位于緩沖層和襯底上表面的突起部分上生長(zhǎng)n-GaN層，所述n-GaN層的上表面包括平整表面和V形坑。
【附圖說(shuō)明】
[0009]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0010]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的藍(lán)寶石圖形襯底上生長(zhǎng)的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]圖2是根據(jù)另一現(xiàn)有技術(shù)的藍(lán)寶石圖形襯底上生長(zhǎng)的GaN基LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3a?3d是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在藍(lán)寶石圖形襯底上生長(zhǎng)GaN基LED的過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]根據(jù)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)勢(shì)和突出特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)。
[0014]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“包括”和“含有”及其派生詞意為包括而非限制；術(shù)語(yǔ)“或”是包含性的，意為和/或。
[0015]在本說(shuō)明書中，下述用于描述本發(fā)明原理的各種實(shí)施例只是說(shuō)明，不應(yīng)該以任何方式解釋為限制發(fā)明的范圍。參照附圖的下述描述用于幫助全面理解由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的示例性實(shí)施例。下述描述包括多種具體細(xì)節(jié)來(lái)幫助理解，但這些細(xì)節(jié)應(yīng)認(rèn)為僅僅是示例性的。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對(duì)本文中描述的實(shí)施例進(jìn)行多種改變和修改。
[0016]本發(fā)明提供了一種在襯底上生長(zhǎng)GaN基LED的方法，可以在襯底形成圖形化的n-GaN外延表面，包括c平面和V形坑，V形坑側(cè)壁為半極性面，通過(guò)溫度和生長(zhǎng)時(shí)間可以調(diào)節(jié)c平面和V形坑的面積占比大小。然后，在此圖形化的n-GaN外延表面上可以外延出不同面積占比的c面InGaN量子阱和半極性面InGaN量子阱，最后再通過(guò)P型電子阻擋層和p-GaN的外延獲得平整的表面。該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分。
[0017]該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該襯底可以是c平面密排圓錐形藍(lán)寶石圖形襯底?；蛘撸撘r底的突起部分可以是具有三角形截面的棱柱，且棱柱的一個(gè)側(cè)面與襯底的平面部分共面。該襯底的突起部分可以為微米量級(jí)，該量級(jí)也是現(xiàn)有技術(shù)常用的量級(jí)。但是，本發(fā)明的實(shí)施例也可以應(yīng)用于突起部分為十納米量級(jí)或百納米量級(jí)的襯底，實(shí)現(xiàn)更小圖形尺寸的LED器件。
[0018]圖3a?3d是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在藍(lán)寶石圖形襯底上生長(zhǎng)GaN基LED的過(guò)程示意圖。
[0019]如圖3a所示，提供c平面密排圓錐形藍(lán)寶石圖形襯底100，該襯底的上表面包括平面部分和圓錐面部分。使用1000-1200°C氫氣高溫清洗襯底表面。然后，500-550°C生長(zhǎng)低溫緩沖材料(例如不摻雜GaN)10-50nm并在800-1000°C退火重結(jié)晶，在襯底的上表面的平面部分形成低溫緩沖層200。
[0020]然后，如圖3b所示，800-1000°C生長(zhǎng)n-GaN層300，即可在對(duì)應(yīng)藍(lán)寶石襯底圓錐的頂端處形成V形坑。隨著生長(zhǎng)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，V形坑越來(lái)越大。在800-1000°C生長(zhǎng)n-GaN層300—段時(shí)間之后，將生長(zhǎng)溫度提高至1000-1100°C繼續(xù)生長(zhǎng)n-GaN層300，可使V形坑逐漸變小，直至所需大小。因此，通過(guò)控制n-GaN層300在800-1000°C的生長(zhǎng)時(shí)間和在1000-1100°C的生長(zhǎng)時(shí)間，可以得到具有所需厚度和V形坑大小的n-GaN層300。
[0021]接下來(lái)，如圖3c所示，在n-GaN層300上生長(zhǎng)InGaN量子阱層400，即可獲得面積占比不同的c面量子阱和半極性面量子阱。在n-GaN層300的平整表面生長(zhǎng)得到的量子阱為c面量子阱，而在V形坑的側(cè)壁得到的是半極性面量子阱。
[0022]最后，如圖3(1所示，在InGaN量子阱層400上生長(zhǎng)p-AlGaN電子阻擋層和p-GaN歐姆接觸層500，并進(jìn)行平面化，得到GaN基LED外延片。
[0023]通過(guò)這一方法可以獲得以下不同類型的LED結(jié)構(gòu)，包括:
[0024](I)c面InGaN量子阱面積占比遠(yuǎn)大于半極性面InGaN量子阱，此時(shí)發(fā)光主要來(lái)自c面InGaN量子阱，而V型坑中的半極性面量子阱發(fā)光可忽略。V型坑中的半極性面量子阱起增強(qiáng)空穴注入的作用。
[0025]對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)方法必須在InGaN超晶格結(jié)構(gòu)上形成V型坑，而本發(fā)明則不需要InGaN超晶格結(jié)構(gòu)。
[0026](2)c面InGaN量子阱面積占比遠(yuǎn)小于半極性面InGaN量子阱，此時(shí)發(fā)光主要來(lái)自于半極性面InGaN量子阱，c面InGaN量子阱發(fā)光可忽略。此方法可用于制作半極性面LED，其量子阱面積更大，量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)更小，對(duì)于抑制Droop效應(yīng)和提高效率很有幫助，尤其是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)光LED，如黃綠光、黃光