CN103187498B - 一种半导体结构及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种半导体结构及其形成方法，该半导体结构包括：衬底；形成在衬底之上的缓冲层；形成在缓冲层之上的第一类型氮化物层；形成在第一类型氮化物层之上的量子点结构，其中，量子点结构包括闪锌矿In_xGa_(1‑x)N量子点，其中，0≤x≤1；以及形成在量子点结构之上的第二类型氮化物层。该半导体结构包括闪锌矿氮化物量子点结构，消除了极化效应，提高了量子效率。

Description

一种半导体结构及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

近年来，由于在高亮度发光二极管和激光二极管等光电子器件上的广泛应用，以InGaN/GaN半导体异质结为基的宽禁带氮化物量子结构的研究引起了人们的关注。目前的实验和理论结果显示III-V族氮化物通常生长成稳定的纤锌矿结构和亚稳态的闪锌矿结构。研究也已发现纤锌矿InGaN/GaN异质结的光学特性受到由于自发极化和压电极化所引起的强内建电场的影响，该内建电场的强度大约为几个MV/cm的数量级。

而量子点材料其实质为原子团簇，尺寸为纳米量级，大小和激子波尔半径或电子的德布罗意波长相比拟(＜100nm)。由于量子点中的载流子的能量状态密度呈现出类似原子的分立“量化”能级结构，且与之相关的量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应以及多体关联和非线性光学效应在量子点中表现特别明显，因此量子点的研究备受重视。在器件应用方面，量子点比量子阱、线更易达到光学激发所必需的粒子数反转条件，以其制备的量子点激光器具有低阈值电流密度、高调制速度和高特征温度系数等优良性能。此外在新量子器件方面量子点也有巨大的潜在应用如超高速、高性能的单电子晶体管(SET)和可用于下一代光学计算机的光存储器件等。目前的理论和实验结果显示氮化物量子点材料可以具有两种晶体结构：六方晶系的稳定的纤锌矿结构和立方晶系的亚稳态的闪锌矿结构。

现行半导体工艺生产的半导体结构中的氮化物量子结构，多为纤锌矿结构的氮化物量子阱。由于纤锌矿结构材料的对称性比较低，故纤锌矿氮化物材料在内部会产生自发极化和压电极化，引起强内建电场(强度大约为几个MV/cm的数量级)，从而对基于纤锌矿氮化物异质结的半导体器件的光学特性产生不利影响；二维量子阱结构，仅在两个方向上限制载流子的运动，故器件的量子效率还有可能进一步提高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体结构，该半导体结构包括闪锌矿氮化物量子点结构，消除了极化效应，提高了量子效率。

本发明的另一个目的在于提出一种半导体结构的形成方法，该半导体结构的形成方法制备的工艺简单通用，适用于大规模生产，制备的半导体结构发光效率较高。

根据本发明实施例的半导体结构，包括：衬底；形成在所述衬底之上的缓冲层；形成在所述缓冲层之上的第一类型氮化物层；形成在所述第一类型氮化物层之上的量子点结构，其中，所量子点结构包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，其中，0≤x≤1；以及形成在所述量子点结构之上的第二类型氮化物层。

根据本发明实施例的半导体结构，具有如下优点：

1、利用闪锌矿氮化物取代纤锌矿氮化物，由于闪锌矿晶格结构的强对称性，闪锌矿氮化物中并不存在自发极化场，而闪锌矿氮化物晶格(001)方向的压电极化场也可以忽略，从而消除了晶格失配而产生的极化场形成的内建电场。

2、利用零维量子点取代传统二维量子阱，可以在三个方向上限制电子的运动，量子点比量子阱、线更易达到光学激发所必需的粒子数反转条件，因此可以提高电子的利用率，增加器件的发光的效率。

3、量子点为球形，球形的量子点较其他形状量子点的发光面积更大，更有利于提高发光效率。

根据本发明实施例的半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成缓冲层；在所述缓冲层之上形成第一类型氮化物层；在所述第一类型氮化物层之上形成氮化物过渡层；在所述氮化物过渡层之上形成In_xGa_(1-x)N层，其中，0≤x≤1；在所述In_xGa_(1-x)N层之上形成氮化物覆盖层；退火以使所述In_xGa_(1-x)N层形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点层；以及在所述氮化物覆盖层之上形成第二类型氮化物层。

根据本发明实施例的半导体结构的形成方法，具有如下优点：

1、本发明的半导体结构的形成方法制备的半导体结构包括闪锌矿氮化物量子点结构，消除了极化效应，提高了量子效率，从而可以提高器件发光效率。

2、本发明的半导体结构的形成方法采用了退火工艺，可以使得生长形成的量子点分布更加均匀，密度可达5×10¹⁴cm^-2。

3、本发明的半导体结构的形成方法采用本领域通用技术，工艺较为简单，可用于大规模生产。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的一种半导体结构的示意图；

图2为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图；

图3为本发明实施例的包括多层量子点的量子点结构的示意图；

图4为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图；

图5为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图；

图6为本发明实施例的一种半导体结构的形成方法的示意图；

图7为本发明实施例的另一种半导体结构的形成方法的示意图；

图8为本发明实施例的另一种半导体结构的形成方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明采用了立方对称性结构的闪锌矿GaN材料，而不是六方对称性结构的纤锌矿GaN)，由于晶格结构的强对称性，闪锌矿氮化物中并不存在自发极化场，而闪锌矿氮化物晶格(001)方向的压电极化场也可以忽略。因此，在闪锌矿III-V族氮化物量子异质结构中，一个重要的物理特性就是不存在内建电场。而且在闪锌矿InGaN/GaN量子异质结中的闪锌矿InGaN活性层内有很多富In的纳米数量级的小岛形成，这些富In的小岛是具有立方结构的量子点的形状。

本发明通过MOCVD生长技术，利用生长过程中的退火法制备闪锌矿(正四面体结构为基础构成的，具有立方对称性)。InGaN/GaN量子点，消除传统纤锌矿(正四面体结构为基础构成的，具有六方对称性)InGaN/GaN量子阱结构产生的极化效应对发光效率的影响。形成的量子点结构也更好的限制了电子运动，提高了器件的发光效率。

下面结合附图1-5来说明本发明提出的半导体结构。

如图1所示，为本发明实施例的一种半导体结构的示意图。该半导体结构沿垂直方向依次包括衬底100、缓冲层110、第一类型氮化物层200、量子点结构300和第二类型氮化物层400。其中，量子点结构300包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，0≤x≤1。

具体地有：在本发明的一个实施例中，衬底100可为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等，优选地，衬底100优选为蓝宝石衬底。在该实施例中，氮化物可为GaN材料，氮化镓是半导体工业中最常见的氮化物材料，原料易于获得。在该实施例中，缓冲层110可为GaN缓冲层，当然在本发明的其他实施例中，缓冲层110也可为AlN。在该实施例中，第一类型氮化物层200可为N型氮化物层，例如N型GaN，第二类型氮化物层400可为P型氮化物层，例如P型GaN。但在本发明的实施例中，第一类型氮化物层200也可为P型氮化物层，第二类型氮化物层400也可为N型氮化物层。第一类型氮化物层200和第二类型氮化物层400采用不同掺杂类型，可以和量子点结构300形成两个异质结构界面，该异质结构界面是半导体器件工作的基础。在本发明的实施例中，量子点结构300中的量子点可以形成为圆柱形、三角形或者球形。在本发明的优选实施例中，球形量子点形状是本发明的特定形状，可以提高发光面积，减小电子束缚。

该实施例的半导体结构具有如下优点：

1、利用闪锌矿氮化物取代纤锌矿氮化物，由于闪锌矿晶格结构的强对称性，闪锌矿氮化物中并不存在自发极化场，而闪锌矿氮化物晶格(001)方向的压电极化场也可以忽略，从而消除了晶格失配而产生的极化场形成的内建电场。

2、利用零维量子点取代传统二维量子阱，可以在三个方向上限制电子的运动，量子点比量子阱、线更易达到光学激发所必需的粒子数反转条件，因此可以提高电子的利用率，增加器件的发光的效率。

3、量子点为球形，球形的量子点较其他形状量子点的发光面积更大，更有利于提高发光效率。

4、利用退火方式形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，可以使得生长形成的量子点分布更加均匀，密度可达5×10¹⁴cm^-2。

如图2所示，为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图。该半导体结构沿垂直方向依次包括衬底100、缓冲层110、第一类型氮化物层200、氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340和第二类型氮化物层400。其中，氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340组成量子点结构300(未标出)；量子点层320包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，且有0≤x≤1。

具体地有，在本发明的一个实施例中，衬底100可为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等，优选地，衬底100优选为蓝宝石衬底。在该实施例中，氮化物可为GaN材料，氮化镓是半导体工业中最常见的氮化物材料，原料易于获得。在该实施例中，缓冲层110可为GaN缓冲层，当然在本发明的其他实施例中，缓冲层110也可为AlN。在该实施例中，第一类型氮化物层200可为N型氮化物层，例如N型GaN，第二类型氮化物层400可为P型氮化物层，例如P型GaN。但在本发明的实施例中，第一类型氮化物层200也可为P型氮化物层，第二类型氮化物层400也可为N型氮化物层。第一类型氮化物层200和第二类型氮化物层400采用不同掺杂类型，可以和量子点结构300形成两个异质结构界面，该异质结构界面是半导体器件工作的基础。在本发明的实施例中，量子点结构300中的量子点可以形成为圆柱形、三角形或者球形。在本发明的优选实施例中，球形量子点形状是本发明的特定形状，可以提高发光面积，减小电子束缚。

在该实施例中，量子点层320为单层结构或多层结构，优选地为多层量子点结构，多层量子点结构能够使器件发光效率更高。该实施例的包括多层闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点的量子点结构如图3所示，从图3中可以看到，具有多层量子点的量子点结构300包括底部的氮化物过渡层310、交替排列的三层量子点结构320和三层低温氮化物覆盖层330，以及顶部的高温氮化物覆盖层340。需要指出的是，多层结构可为n层量子点结构，这里的三层仅作为示例陈述的方便，不作为本发明的限定。

该实施例的半导体结构进一步具有以下优点：氮化物过渡层310的存在可使得各层材料间失配较小，生长的半导体结构不容易产生应力而龟裂；低温氮化物覆盖层330用于防止生长完成的量子点层320中的In_xGa_(1-x)N量子点的In原子在高温条件挥发，从而防止量子点组分改变引起器件发光波长的严重偏移；同时低温氮化物覆盖层330的生长形成晶格匹配的过渡结构有利于进一步生长高温氮化物覆盖层340；高温氮化物覆盖层340用于形成势垒层。

如图4所示，为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图。该半导体结构沿垂直方向依次包括衬底100、缓冲层110、第一类型氮化物层200、氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340、阻挡层500和第二类型氮化物层400。其中，氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340组成量子点结构300(未标出)；量子点层320包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，且有0≤x≤1。

具体地有，在本发明的一个实施例中，衬底100可为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等，优选地，衬底100优选为蓝宝石衬底。在该实施例中，氮化物可为GaN材料，氮化镓是半导体工业中最常见的氮化物材料，原料易于获得。在该实施例中，缓冲层110可为GaN缓冲层，当然在本发明的其他实施例中，缓冲层110也可为AlN。在该实施例中，第一类型氮化物层200可为N型氮化物层，例如N型GaN，第二类型氮化物层400可为P型氮化物层，例如P型GaN。但在本发明的实施例中，第一类型氮化物层200也可为P型氮化物层，第二类型氮化物层400也可为N型氮化物层。第一类型氮化物层200和第二类型氮化物层400采用不同掺杂类型，可以和量子点结构300形成两个异质结构界面，该异质结构界面是半导体器件工作的基础。在本发明的实施例中，量子点结构300中的量子点可以形成为圆柱形、三角形或者球形。在本发明的优选实施例中，球形量子点形状是本发明的特定形状，可以提高发光面积，减小电子束缚。在该实施例中，量子点层320为单层结构或多层结构，优选地为多层量子点结构，多层量子点结构能够使器件发光效率更高。在该实施例中，阻挡层500可为AlGaN。

该实施例的半导体结构进一步具有以下优点：阻挡层500作为电子阻挡层将电子限定在量子点结构300内部，有利于提高量子效率。

如图5所示，为本发明实施例的另一种半导体结构的示意图。该半导体结构沿垂直方向依次包括衬底100、缓冲层110、非掺杂GaN层600、第一类型氮化物层200、氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340、阻挡层500和第二类型氮化物层400。其中，氮化物过渡层310、量子点层320，低温氮化物覆盖层330、高温氮化物覆盖层340组成量子点结构300(未标出)；量子点层320包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，且有0≤x≤1。

具体地有，在本发明的一个实施例中，衬底100可为Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等，优选地，衬底100优选为蓝宝石衬底。在该实施例中，氮化物可为GaN材料，氮化镓是半导体工业中最常见的氮化物材料，原料易于获得。在该实施例中，缓冲层110可为GaN缓冲层，当然在本发明的其他实施例中，缓冲层110也可为AlN。在该实施例中，第一类型氮化物层200可为N型氮化物层，例如N型GaN，第二类型氮化物层400可为P型氮化物层，例如P型GaN。但在本发明的实施例中，第一类型氮化物层200也可为P型氮化物层，第二类型氮化物层400也可为N型氮化物层。第一类型氮化物层200和第二类型氮化物层400采用不同掺杂类型，可以和量子点结构300形成两个异质结构界面，该异质结构界面是半导体器件工作的基础。在本发明的实施例中，量子点结构300中的量子点可以形成为圆柱形、三角形或者球形。在本发明的优选实施例中，球形量子点形状是本发明的特定形状，可以提高发光面积，减小电子束缚。在该实施例中，量子点层320为单层结构或多层结构，优选地为多层量子点结构，多层量子点结构能够使器件发光效率更高。在该实施例中，阻挡层500可为AlGaN。

本发明的半导体结构的形成方法可采用三甲基镓TMGa、三乙基镓TEGa、三甲基铝TMAl、三甲基铟TMIn、二茂镁Cp₂Mg、氨气NH₃、硅烷SiH₄作为沉积材料，并以氢气H₂、氮气N₂作为载气。下面结合附图6-8详细阐述本发明的半导体结构的形成方法。

如图6所示，为本发明实施例的一种半导体结构的形成方法的示意图。该方法包括步骤：

步骤S101，提供衬底。在本发明的一个实施例中，衬底可采用Si衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等。优选地，采用蓝宝石作为衬底。

步骤S102，在衬底之上形成缓冲层。在本发明的一个实施例中，缓冲层可以使可为GaN、AlN等。优选地，可通过有机金属化学汽相淀积MOCVD利用NH₃先对蓝宝石衬底在1030℃进行氮化处理150s，可在约530℃条件下，在蓝宝石衬底上沉积约30nm左右厚度的GaN缓冲层，再经过1070℃的高温处理约270s。

步骤S103，在缓冲层之上形成第一类型氮化物层。在本发明的一个实施例中，可在约850℃下以TMGa、NH₃和硅烷SiH₄为源，生长约1μm掺Si的n-GaN。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。在本发明的其他实施例中，也可以生长P-GaN材料的第一类型氮化物层。

步骤S104，在第一类型氮化物层之上形成氮化物过渡层。在本发明的一个实施例中，氮化物过渡层通过MOCVD形成，MOCVD的源气体为TEGa和NH₃，其中，MOCVD的温度约为750-850℃，且生长时间约为400-500s。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。优选地，采用TEGa和NH₃为源，在约810℃生长约450s，生成厚度为约25nm左右GaN过渡层。

步骤S105，在氮化物过渡层之上形成In_xGa_(1-x)N层，其中，0≤x≤1。在本发明的一个实施例中，In_xGa_(1-x)N层通过MOCVD形成，MOCVD的源气体为三乙基镓TEGa、三甲基铟TMIn和NH₃，其中，MOCVD的温度约为700-800℃，且生长时间约为100-200s。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。优选地，以TEGa、TMIn和NH₃为源，在约750℃条件下生长约150s，可以得到约8nm厚度In_xGa_(1-x)N层。其中，通过生长控制各源的流量可以确定x的值，0＜x＜1，考虑到发光波长为蓝光设定x＝0.2，这里可控制x的值为0.2。

步骤S106，在In_xGa_(1-x)N层之上形成氮化物覆盖层。在本发明的一个实施例中，氮化物覆盖层包括低温氮化物覆盖层，和位于低温氮化物覆盖层之上的高温氮化物覆盖层。具体地，低温氮化物覆盖层用于防止量子点中In元素挥发导致组分偏移，引起器件发光波长的改变，同时低温氮化物覆盖层的生长形成晶格匹配的过渡结构有利于进一步生长高温氮化物覆盖层；高温氮化物覆盖层用于形成势垒层。在一个优选的实施例中，先以TEGa和NH₃为源，在750℃条件下生长90s，生长厚度为3nm左右的低温GaN覆盖层；随后以TEGa和NH₃为源在810℃条件下生长300s，生长厚度为15nm左右的高温GaN覆盖层，较高温度下生长的GaN薄膜质量较好。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。

此外，需要说明的是，在本发明的一个实施例中，步骤S105中的“生长多层In_xGa_(1-x)N层”和步骤S106中的“生长低温GaN覆盖层”可以交替重复多次，即可交替生长多层In_xGa_(1-x)N层和低温GaN覆盖层，随后再生长一层高温GaN覆盖层，例如3次，从而最终可以形成多层量子点的量子点结构。

步骤S107，退火以使In_xGa_(1-x)N层形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点层。在本发明的一个实施例中，可在NH₃中退火，退火温度约为800-950℃，退火时间约为10-40分钟。其中，使用NH₃退火氛围的目的在于防止可逆化学反应TMGa+NH₃——GaN+3CH₄朝逆方向进行，用以阻止GaN的分解；退火的目的在于最大化利用In_xGa_(1-x)N材料在退火过程中团聚的特性，使之成核形成富In的量子点结构，并且可以控制量子点的尺寸大小、形状。退火制备量子点的方法主要在控制两个因素：退火温度和退火时间。具体地说，对于退火温度而言，在相同退火时间内，退火温度过低达不到In_xGa_(1-x)N形成量子点团聚的效果，而退火温度过高会使得In和Ga相互扩散而破坏了量子点结构；对于退火时间而言，相同退火温度下，退火时间过短形成不了量子点结构，退火时间过长造成量子点分解也得不到量子点结构。故可选地，退火温度约为800-950℃，退火时间约为10-40分钟。优选地，退火温度约为850℃，退火时间约为20min。需要说明的是，此处给出的退火温度和退火时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。

步骤S108，在氮化物覆盖层之上形成第二类型氮化物层。在本发明的一个实施例中，在约960℃下以TMGa、Cp₂Mg和NH₃为源，生长200-300nm掺Mg的P-GaN。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。在本发明的其他实施例中，也可以生长N-GaN材料的第一类型氮化物层。在步骤S106和步骤S108中，第一类型氮化物层和第二类型氮化物层采用不同掺杂类型，可以和量子点结构形成两个异质结构界面，该异质结构是半导体器件工作的基础。

上述实施例的半导体结构的形成方法具有如下优点：

1.本发明的半导体结构的形成方法制备的半导体结构包括闪锌矿氮化物量子点结构，消除了极化效应，提高了量子效率，从而可以提高器件发光效率。

2.本发明的半导体结构的形成方法采用了退火工艺，可以使使得生长形成的量子点分布更加均匀，密度可达5×10¹⁴cm^-2。

3.本发明的半导体结构的形成方法采用本领域通用技术，工艺较为简单，可用于大规模生产。

如图7所示，为本发明实施例的另一种半导体结构的形成方法的示意图。该方法包括步骤：

步骤S201，提供衬底。

步骤S202，在衬底之上形成缓冲层；

步骤S203，在缓冲层之上形成第一类型氮化物层；

步骤S204，在第一类型氮化物层之上形成氮化物过渡层；

步骤S205，在氮化物过渡层之上形成In_xGa_(1-x)N层，其中，0≤x≤1；

步骤S206，在In_xGa_(1-x)N层之上形成氮化物覆盖层；

步骤S207，退火以使In_xGa_(1-x)N层形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点层；

步骤S208，在氮化物覆盖层上形成阻挡层；以及

步骤S209，在氮化物覆盖层之上形成第二类型氮化物层。

在本发明的一个实施例中，在步骤S208中具体地有：在退火形成量子点的步骤S207完成之后，以TMGa、TMAl和NH₃为源在约920℃时生长约150s，可以生长得到厚度约为30nm的生长AlGaN阻挡层。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。

该实施例的半导体结构的形成方法进一步具有以下优点：阻挡层位于第二型氮化物层和量子点结构之间，其作用是作为电子阻挡层将电子限定在量子结构区域内部。

在本发明的一个实施例中，阻挡层为AlGaN。其中，AlGaN材料与GaN晶格失配较小。

如图8所示，为本发明实施例的另一种半导体结构的形成方法的示意图。该方法包括步骤：

步骤S301，提供衬底；

步骤S302，在衬底之上形成缓冲层；

步骤S303，在缓冲层之上形成非掺杂GaN层；

步骤S304，在非掺杂GaN层之上形成第一类型氮化物层；

步骤S305，在第一类型氮化物层之上形成氮化物过渡层；

步骤S306，在氮化物过渡层之上形成In_xGa_(1-x)N层，其中，0≤x≤1；

步骤S307，在In_xGa_(1-x)N层之上形成氮化物覆盖层；

步骤S308，退火以使In_xGa_(1-x)N层形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点层；

步骤S309，在氮化物覆盖层上形成阻挡层；以及

步骤S310，在氮化物覆盖层之上形成第二类型氮化物层。

在本发明的一个实施例中，步骤S303中具体地有，在850℃下以TMGa和NH₃为源，生长1～3μm非掺杂的GaN。需要说明的是，半导体材料生长取决于生长温度和生长时间，此处给出的生长温度和生长时间为优选值，仅作为本发明的示例，而并非为本发明的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

衬底；

形成在所述衬底之上的缓冲层；

形成在所述缓冲层之上的第一类型氮化物层；

形成在所述第一类型氮化物层之上的量子点结构，其中，所述量子点结构包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点，其中，0≤x≤1；以及

形成在所述量子点结构之上的第二类型氮化物层，

其中，所述量子点结构包括：

氮化物过渡层；

形成在所述氮化物过渡层之上的量子点层，所述量子点层包括闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点；

形成在所述量子点层之上的低温氮化物覆盖层；以及

形成在所述低温氮化物覆盖层之上的高温氮化物覆盖层。

2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述氮化物为GaN。

3.如权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述第一类型氮化物层为N型GaN，所述第二类型氮化物层为P型GaN。

4.如权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

形成在所述第二类型氮化物层和所述量子点结构之间的阻挡层。

5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述衬底为Si衬底、GaN衬底或蓝宝石衬底。

6.如权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

形成在所述缓冲层和所述第一类型氮化物层之间的非掺杂GaN。

7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述量子点层为多层。

8.如权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，所述阻挡层为AlGaN。

9.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供衬底；

在所述衬底之上形成缓冲层；

在所述缓冲层之上形成第一类型氮化物层；

在所述第一类型氮化物层之上形成氮化物过渡层；

在所述氮化物过渡层之上形成In_xGa_(1-x)N层，其中，0≤x≤1；

在所述In_xGa_(1-x)N层之上形成氮化物覆盖层；

退火以使所述In_xGa_(1-x)N层形成闪锌矿In_xGa_(1-x)N量子点层；以及

在所述氮化物覆盖层之上形成第二类型氮化物层。

10.如权利要求9所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氮化物覆盖层包括低温氮化物覆盖层，和位于所述低温氮化物覆盖层之上的高温氮化物覆盖层。

11.如权利要求9或10所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氮化物为GaN。

12.如权利要求11所述半导体结构的形成方法，其特征在于，

在NH₃中退火，且所述退火温度为800-950℃，所述退火时间为10-40分钟。

13.如权利要求9所述半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一类型氮化物层为N型GaN，所述第二类型氮化物层为P型GaN。

14.如权利要求9所述半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：

在所述第二类型氮化物层和所述量子点结构之间形成阻挡层。

15.如权利要求14所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述阻挡层为AlGaN。

16.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。

17.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：

在所述缓冲层和所述第一类型氮化物层之间形成非掺杂GaN。

18.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氮化物过渡层通过有机金属化学汽相淀积MOCVD形成，所述MOCVD的源气体为TEGa和NH₃，其中，MOCVD的温度为750-850℃，且生长时间为400-500s。

19.如权利要求9所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述In_xGa_(1-x)N层通过MOCVD形成，所述MOCVD的源气体为TEGa、TMIn和NH₃，其中，MOCVD的温度为700-800℃，且生长时间为100-200s。