CN103746051A - 一种具有边缘隔离结构的硅衬底 - Google Patents

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Nanchang University
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Abstract

本发明公开了一种具有边缘隔离结构的硅衬底，包括硅衬底本体，特征是：在硅衬底边缘设有将硅衬底内部完全封闭的隔离带，隔离区为隔离带和硅衬底边界线之间的区域，隔离带和隔离区构成隔离结构。本发明通过在硅衬底边缘设置隔离带，隔离带将硅衬底上生长的氮化物薄膜被分离成相互独立的两部分，使得始发于氮化物薄膜边缘的裂纹不能传递到硅衬底内部，从而有效保障了被隔离带硅包围的衬底内部的氮化物薄膜的质量，且不会损害其有效使用面积。本发明将隔离带和硅衬底边界线之间的隔离区进行图形化，使隔离区成为图形化的隔离区，这样可以进一步减少隔离区内裂纹的产生、限制裂纹的传递，增强本发明的效果。

Description

一种具有边缘隔离结构的硅衬底
技术领域
本发明涉及半导体材料的外延技术领域，尤其是涉及一种用于生长GaN基LED薄膜材料的具有边缘隔离结构的硅衬底。
背景技术
以GaN、InGaN、AlGaN为主的Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体材料近年来备受关注并获得飞速发展，其具有1.9～6.2eV连续可变的直接带隙、优异的物理、化学稳定性以及高饱和电子迁移率等特点，使其成为了激光器、发光二极管等光电子器件的最优选材料。 
由于GaN单晶很难获得，GaN的外延生长多在异质衬底上进行。除了最常用的蓝宝石（c面）衬底和6H-SiC衬底，近年来硅（111）面衬底也被广泛关注。硅衬底具有价格便宜、尺寸更大、易于剥离、导电、热导率比较高等优点，且硅材料的加工工艺和集成技术已经相当成熟，使得硅衬底GaN基LED具有易于大规模集成的潜在优势。然而Si与GaN之间具有巨大的晶格失配以及热失配，这在生长过程中会引入巨大的拉伸应力，而此拉伸应力通常会引起外延薄膜的广泛性龟裂现象，从而严重阻碍了硅衬底Ⅲ-Ⅴ氮化物在光电子器件中的实际应用。
为了在硅衬底上生长无龟裂的高质量的GaN基LED薄膜，近年来世界各地的研究者和技术人员发明和改进了各种外延生长技术，其中卓有成效的主要有图形化硅衬底技术和以AlGaN为主的缓冲层技术。图形化硅衬底技术是通过在硅衬底上设置隔离区来释放应力，从而生长出无龟裂的GaN基LED薄膜，这种技术损失了一部分有效的生长面积并对后续的芯片制造具有一定的限制性。AlGaN缓冲层技术是通过在硅衬底和GaN基LED薄膜之间插入缓冲层来控制GaN基LED薄膜所受的应力，沿着AlGaN缓冲层的生长方向，其应力状态是一个拉伸应力逐渐减小甚至变为压应力的变化过程。然而，由于硅衬底边缘抛光效果不好、晶体质量较差，在硅衬底边缘生长的AlGaN缓冲层和GaN基LED薄膜也通常质量较差、有较多裂纹，而裂纹一旦产生，则较易往外延薄膜的内部传递下去。上述现象在大尺寸硅衬底上生长GaN基LED薄膜时更为明显。因此，发明一种可以有效控制边缘裂纹传递的氮化物生长衬底显得很有必要。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于生长GaN基LED薄膜的具有边缘隔离结构的硅衬底，它可以有效地控制外延薄膜边缘上的裂纹向外延薄膜内部传递，从而提高了外延薄膜的质量。
本发明的目的是这样实现的：
一种具有边缘隔离结构的硅衬底，包括硅衬底本体，特征是：在硅衬底边缘设有将硅衬底内部完全封闭的隔离带，隔离区为隔离带和硅衬底边界线之间的区域，隔离带和隔离区构成隔离结构。
进一步地，所述隔离带的形状与硅衬底本体的形状相同，隔离带与硅衬底边界线的距离为0.5mm～2mm。
进一步地，所述隔离带为圆形，隔离带的半径比硅衬底的半径小0.5mm～2mm。
进一步地，所述隔离带的宽度为5μm～100μm。
进一步地，所述隔离带为下凹的沟槽或上凸的介质膜，所述介质膜的材料为SiO2或SiNx或SiON。
优选地，所述隔离区为图形化的隔离区，隔离区的表面被图形分隔带分隔成了周期性的图形单元。
进一步地，所述图形分隔带的宽度为2～50um。
进一步地，所述图形分隔带为下凹的沟槽或上凸的介质膜，所述介质膜的材料为SiO2或SiNx或SiON。
本发明通过在硅衬底边缘设置隔离带，隔离带将硅衬底上生长的氮化物薄膜被分离成相互独立的两部分，使得始发于氮化物薄膜边缘的裂纹不能传递到硅衬底内部，从而有效保障了被隔离带硅包围的衬底内部的氮化物薄膜的质量。其次，将隔离带和硅衬底边界线之间的隔离区进行图形化，使隔离区成为图形化的隔离区，这样可以进一步减少隔离区内裂纹的产生、限制裂纹的传递，增强本发明的效果。另外，隔离带和图形分隔带还可以有效释放氮化物薄膜的应力，从而提高氮化物薄膜的质量。
此外，所述隔离带和隔离区位于硅衬底边缘，面积非常有限，并不会影响硅衬底和氮化物薄膜的有效使用面积。
附图说明：
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图。
其中：1-硅衬底本体，2-隔离带，3-隔离区，4-图形分隔带，5-硅衬底边缘，6-硅衬底内部，7-硅衬底边界线。
具体实施方式：
下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
本实施例提供一种具有边缘隔离结构的硅衬底，包括硅衬底本体1，在硅衬底边缘5设有将硅衬底内部6完全封闭的隔离带2，隔离区3为隔离带2和硅衬底边界线7之间的区域，隔离带2和隔离区3构成隔离结构。
隔离带2的形状与硅衬底本体1的形状相同，隔离带2与硅衬底边界线7的距离为2mm。
隔离带2为下凹的沟槽，其宽度20μm。
隔离区3为图形化的隔离区，隔离区3的表面被图形分隔带4分隔成了周期性的图形单元。
图形分隔带4为下凹的沟槽，其宽度为20μm。
实施例2：
本实施例的结构与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：
隔离带2为圆形，隔离带2的半径比硅衬底本体1的半径小2mm。
隔离带2为上凸的介质膜，此介质膜的材料为SiO2。
隔离带2的宽度为10μm。
隔离区3为图形化的隔离区，隔离区3的表面被图形分隔带4分隔成了周期性的图形单元。
图形分隔带4为上凸的介质膜，图形分隔带4的宽度为10μm，此介质膜的材料为SiON。

Claims (10)

1.一种具有边缘隔离结构的硅衬底，包括硅衬底本体，其特征在于：在硅衬底边缘设有将硅衬底内部完全封闭的隔离带，隔离区为隔离带和硅衬底边界线之间的区域，隔离带和隔离区构成隔离结构。
2.根据权利要求1所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离带的形状与硅衬底本体的形状相同，隔离带与硅衬底边界线的距离为0.5mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离带为圆形，隔离带的半径比硅衬底半径小0.5mm～2mm。
4.根据权利要求1所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离带的宽度为5-100μm。
5.根据权利要求1或4所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离带为下凹的沟槽或上凸的介质膜，所述介质膜的材料为SiO2或SiNx或SiON。
6.根据权利要求2或3所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离带的宽度为5-100μm。
7.根据权利要求1所述的硅衬底，其特征在于：所述隔离区为图形化的隔离区，隔离区的表面被图形分隔带分隔成了周期性的图形单元。
8.根据权利要求7所述的硅衬底，其特征在于：所述图形分隔带为下凹的沟槽或上凸的介质膜，所述介质膜的材料为SiO2或SiNx或SiON。
9.根据权利要求7所述的硅衬底，其特征在于：所述图形分隔带的宽度为2～50μm。
10.根据权利要求9所述的硅衬底，其特征在于：所述图形分隔带为下凹的沟槽或上凸的介质膜，所述介质膜的材料为SiO2或SiNx或SiON。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10475637B2 (en) 2016-07-13 2019-11-12 Globalwafers Co., Ltd. Semiconductor substrate and manufacturing method thereof
CN115548191A (zh) * 2022-12-01 2022-12-30 元旭半导体科技股份有限公司 一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050009304A1 (en) * 1998-06-10 2005-01-13 Tsvetanka Zheleva Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers by lateral growth into trenches
CN1697205A (zh) * 2005-04-15 2005-11-16 南昌大学 在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜及发光器件的方法
CN101615564A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 北京邮电大学 一种基于中间刻槽工序的无裂纹异质外延生长技术
CN103094443A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 亚威朗光电(中国)有限公司 图形生长衬底
CN103247516A (zh) * 2012-02-08 2013-08-14 郭磊 一种半导体结构及其形成方法
CN103400913A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 南昌黄绿照明有限公司 一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050009304A1 (en) * 1998-06-10 2005-01-13 Tsvetanka Zheleva Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers by lateral growth into trenches
CN1697205A (zh) * 2005-04-15 2005-11-16 南昌大学 在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜及发光器件的方法
CN101615564A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 北京邮电大学 一种基于中间刻槽工序的无裂纹异质外延生长技术
CN103094443A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 亚威朗光电(中国)有限公司 图形生长衬底
CN103247516A (zh) * 2012-02-08 2013-08-14 郭磊 一种半导体结构及其形成方法
CN103400913A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 南昌黄绿照明有限公司 一种用于生长六方相GaN的矩形图形化硅衬底

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10475637B2 (en) 2016-07-13 2019-11-12 Globalwafers Co., Ltd. Semiconductor substrate and manufacturing method thereof
CN115548191A (zh) * 2022-12-01 2022-12-30 元旭半导体科技股份有限公司 一种防裂纹蓝宝石衬底的制备方法及防裂纹蓝宝石衬底

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