CN102456777A - 固态半导体制作方法 - Google Patents

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凃博闵
杨顺贵
黄嘉宏
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Abstract

一种固态半导体制作方法，包括步骤：提供一基板；在该基板上形成一缓冲层；在该缓冲层上形成一第一磊晶层；在该第一磊晶层上化学气相沉积一具有粗化表面的第二磊晶层；在该第二磊晶层的粗化表面上成长一固态半导体结构。该种固态半导体制作方法能够降低磊晶差排密度，减少晶格缺陷。

Description

固态半导体制作方法
技术领域
本发明涉及一种固态半导体制作方法，尤其是一种固态发光半导体之磊晶方法。
背景技术
常见的半导体装置，大致上有发光二极管(Light EmittingDiode，LED)、激光二极管(Laser Diode，LD)等，所述发光二极管及激光二极管通常包括以磊晶基板以及一形成在该磊晶基板上的半导体元件。以基本的蓝光或绿光发光二极管来讲，其结构包括一蓝宝石(sapphire)基板、一形成在该蓝宝石基板上的缓冲层(buffer layer)、一形成在该缓冲层上的n型氮化镓(n-type GaN)半导体层、一局部覆盖该n型氮化镓半导体层的有源层(activelayer)、一形成在该有源层上的p型氮化镓(p-type GaN)半导体层以及分别形成在n型氮化镓半导体层、p型氮化镓半导体层上的接触电极层。
影响发光二极管发光效率的因素主要有内部量子效率(internal quantum efficiency)及外部(external)量子效率，其中，构成低内部量子效率的主要原因，则是形成在有源层中的差排(dislocation)量。然而，蓝宝石基板与氮化镓两者材料间存在较大的晶格差异(lattice mismatch)，因此在磊晶过程中同时构成了大量的贯穿式差排(threading dislocation)。
有鉴于此，有必要提供一种能够降低差排密度的固态半导体制作方法。
发明内容
以下将以实施例说明一种能够降低差排密度的固态半导体制作方法。
一种固态半导体制作方法，包括步骤：(a)提供一基板；(b)在该基板上形成一缓冲层；(c)在该缓冲层上形成一第一磊晶层；(d)在该第一磊晶层上化学气相沉积一具有粗化表面的第二磊晶层；(e)在该第二磊晶层的粗化表面上成长一固态半导体结构。
相对于现有技术，所述固态半导体制作方法采用化学气相沉积法成长具有粗化表面的第二磊晶层，从而该第二磊晶层成长过程中在有缺陷的地方会形成空缺而构成凹槽，该凹槽可在后续半导体成长过程中明显的降低差排密度，进而减少晶格缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例提供的固态半导体制作方法流程图。
图2是依本发明实施例提供的固态半导体制作方法制作的固态半导体结构示意图。
主要元件符号说明
基板                   100
缓冲层                 101
第一磊晶层             102
第二磊晶层             103
N型半导体层            104
半导体有源层           105
P型半导体层            106
凹槽                   107
具体实施方式
请参见图1，本发明实施例提供的固态半导体制作方法包括以下步骤。
第一步，提供一基板100。请一并参见图2，该基板100用作外延磊晶的衬底，适用于本发明实施例的基板材料有蓝宝石、氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、碳化硅或硅等。本实施例中，基板100采用蓝宝石作为外延磊晶的衬底。
第二步，在该基板100上形成缓冲层101。该缓冲层101形成于基板100的一个表面上，用于降低/消除基板100以及后续在缓冲层101上成长的第一磊晶层102之间的晶格不匹配度。该缓冲层101可为III-V族化合物半导体层，本实施例中，该缓冲层101为三族氮化合物半导体层。
第三步，在该缓冲层101上形成第一磊晶层102。本实施例中，该第一磊晶层102为三族氮化合物半导体层。
第四步，在该第一磊晶层102上化学气相沉积一具有粗化表面的第二磊晶层103。
所述第二磊晶层103的材质选自具有六方晶结构的材料，本实施例中，该第二磊晶层103为N型氮化镓半导体层。本实施例中，采用有机金属化学气相沉积法(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)在750～950摄氏度(℃)的温度条件下成长第二磊晶层103。较佳的，该第二磊晶层103在800～900摄氏度(℃)的温度条件下生长。
所述粗化表面的形成是由于在第二磊晶层103的成长过程中，原子在上述温度条件下的移动速度较慢，从而在有缺陷的地方会形成空缺而构成多个凹槽107，该凹槽107可在后续半导体层成长过程中起到明显的降低差排作用，进而减少晶格缺陷。由于本实施例中第二磊晶层103采用的材料为氮化镓，而氮化镓为具有六方晶结构的半导体材料，因此本实施例中所述凹槽107为六棱锥状凹槽。
第五步，在该第二磊晶层103的粗化表面上成长一固态半导体结构。
本实施例中，该固态半导体结构是指固态半导体发光结构，也即发光二极管结构，其包括依次形成在第二磊晶层103的粗化表面上的N型半导体层、有源层以及P型半导体层。本实施例中采用三族氮化物半导体成长该固态半导体发光结构，其包括步骤：在该第二磊晶层103的粗化表面上成长N型三族氮化物半导体层104；在该N型三族氮化物半导体层104上成长三族氮化物半导体有源层105；在该三族氮化物半导体有源层105上成长P型三族氮化物半导体层106。
本实施例提供的固态半导体制作方法，其采用化学气相沉积法成长第二磊晶层103，从而该第二磊晶层103成长过程中在有缺陷的地方会形成空缺而构成凹槽107，该凹槽107可在后续半导体成长过程中明显的降低差排密度，进而减少晶格缺陷，使得后续在第二磊晶层103上成长的固态半导体发光结构具有更高的发光效率。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，以用于本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种固态半导体制作方法，包括步骤：
(a)提供一基板；
(b)在该基板上形成一缓冲层；
(c)在该缓冲层上形成一第一磊晶层；
(d)在该第一磊晶层上化学气相沉积一具有粗化表面的第二磊晶层；
(e)在该第二磊晶层的粗化表面上成长一固态半导体结构。
2.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述步骤(d)是在750℃～950℃下通过化学气相沉积法成长该第二磊晶层。
3.如权利要求2所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述步骤(d)是在800℃～900℃下通过化学气相沉积法成长该第二磊晶层。
4.如权利要求2或3所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述化学气相沉积法为有机金属化学气相沉积法。
5.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述粗化表面包括形成在该第二磊晶层上的多个六棱锥状凹槽。
6.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述第二磊晶层材质为具有六方晶结构的材料。
7.如权利要求6所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述第二磊晶层为氮化镓半导体层。
8.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述基板材料选自蓝宝石、氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、碳化硅或硅中之一者。
9.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述缓冲层为三族氮化合物半导体层。
10.如权利要求1所述的固态半导体制作方法，其特征在于，所述步骤(e)的固态半导体结构成长步骤包括：
在该第二磊晶层的粗化表面上成长N型三族氮化物半导体层；
在该N型三族氮化物半导体层上成长三族氮化物半导体有源层；
在该三族氮化物半导体有源层上成长P型三族氮化物半导体层。
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