CN105098009A - 半导体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体结构，包括硅基板、缓冲层、氮化物磊晶结构层以及多个不连续性应力释放层。缓冲层配置于硅基板上。氮化物磊晶结构层配置于缓冲层上。不连续性应力释放层配置于硅基板与氮化物磊晶结构层之间，其中不连续性应力释放层的材质为氮化硅。本发明的半导体结构在硅基板与氮化物磊晶结构层之间设置有材质为氮化硅的不连续性应力释放层，藉此来降低氮化物磊晶结构层与硅基板的晶格差异所产生的应力，可有效降低晶格差排在厚度方向上的延伸现象及降低缺陷密度，进而提升整体半导体结构的品质。

Description

半导体结构
技术领域
本发明是有关于一种半导体结构，且特别是有关于一种具有不连续性应力释放层的半导体结构。
背景技术
随着半导体科技的进步，现今的发光二极管已具备了高亮度的输出，加上发光二极管具有省电、体积小、低电压驱动以及不含汞等优点，因此发光二极管已广泛地应用在显示器与照明等领域。一般而言，发光二极管芯片采用宽能隙半导体材料，如氮化镓(GaN)等材料，来进行制作。然而，除了热膨胀系数以及化学性质的不同外，氮化镓材料与异质基板的晶格常数(latticeconstant)也具有无法忽视的差异。所以，在异质基板上成长的氮化镓层会因为晶格不匹配(latticemismatch)而产生晶格差排(dislocation)的现象，且晶格差排又会沿着氮化镓层的厚度方向而延伸造成氮化镓层的不稳定。另外，也由于氮化镓材料与异质基板的晶格不匹配的原因，氮化镓材料相对于异质基板会产生极大的结构应力，其中随着成长厚度越厚时，所累积的应力就越大，当超过某一临界值，材料层就无法承受此应力，而必须以其他形式来释放应力。如此一来，晶格差排除了会造成磊晶上的缺陷而使得发光二极管的发光效率降低，并且导致使用寿命缩短之外，也无法成长很厚的氮化镓层。
发明内容
本发明提供一种半导体结构，其具有不连续性应力释放层，能够释放现有晶格不匹配所造成的应力问题且能减少晶格差排在厚度方向上的延伸现象。
本发明的半导体结构，其包括硅基板、缓冲层、氮化物磊晶结构层以及多个不连续性应力释放层。缓冲层配置于硅基板上。氮化物磊晶结构层配置于缓冲层上。不连续性应力释放层配置于硅基板与氮化物磊晶结构层之间，其中不连续性应力释放层的材质为氮化硅。
在本发明的一实施例中，上述的每一不连续性应力释放层的厚度小于1微米。
在本发明的一实施例中，上述的不连续性应力释放层位于缓冲层内。
在本发明的一实施例中，上述的不连续性应力释放层位于氮化物磊晶结构层内。
在本发明的一实施例中，上述的氮化物磊晶结构层包括第一氮化物磊晶结构层以及第二氮化物磊晶结构层，而第一氮化物磊晶结构层配置于第二氮化物磊晶结构层与缓冲层之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化物磊晶结构层为氮化铝镓(AlGaN)层、氮化铝(AlN)/氮化镓(GaN)超晶格结构(superlattices，简称：SLs)层或氮化铝铟镓(AlInGaN)层，而第二氮化物磊晶结构层为氮化镓(GaN)层。
在本发明的一实施例中，上述的不连续性应力释放层配置于第一氮化物磊晶结构层内，且相邻两不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
在本发明的一实施例中，上述的不连续性应力释放层配置于第二氮化物磊晶结构层内，且相邻两不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
在本发明的一实施例中，上述的一不连续性应力释放层部分配置于第一氮化物磊晶结构内，另一不连续性应力释放层配置于第二氮化物磊晶结构内，且位于第一氮化物磊晶结构内的不连续性应力释放层与位于第二氮化物磊晶结构内的不连续性应力释放层相隔一间隔距离。
在本发明的一实施例中，上述的不连续性应力释放层同时配置于缓冲层、第一氮化物磊晶结构层及第二氮化物磊晶结构层内，且相邻两不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
在本发明的一实施例中，上述的一不连续性应力释放层位于氮化物磊晶结构层内，另一不连续性应力释放层位于缓冲层内，且位于氮化物磊晶结构层内的不连续性应力释放层与位于缓冲层内的不连续性应力释放层相隔一间隔距离。
基于上述，由于本发明的半导体结构在硅基板与氮化物磊晶结构层之间设置有材质为氮化硅的不连续性应力释放层，藉此来降低氮化物磊晶结构层与硅基板的晶格差异所产生的应力，可有效降低晶格差排在厚度方向上的延伸现象及降低缺陷密度，进而提升整体半导体结构的品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出为本发明的一实施例的一种半导体结构的剖面示意图；
图2示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图；
图3示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图；
图4示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图；
图5示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图；
图6示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。
附图标记说明：
100a、100b、100c、100d、100e、100f：半导体结构；
110：硅基板；
120：缓冲层；
130、130’：氮化物磊晶结构层；
132：第一氮化物磊晶结构层；
134：第二氮化物磊晶结构层；
140a1、140a2、140b1、140b2、140c1、140c2、140d1、140d2、140e1、140e2、140f：不连续性应力释放层；
D、D'、D”、D”’、D1、D2：间隔距离。
具体实施方式
图1示出为本发明的一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请参考图1，在本实施例中，半导体结构100a包括硅基板110、缓冲层120、氮化物磊晶结构层130以及多个不连续性应力释放层140a1、140a2(此处仅示意地示出两个，但并不以此个数为限)。缓冲层120配置于硅基板110上。氮化物磊晶结构层130配置于缓冲层120上。不连续性应力释放层140a1、140a2配置于硅基板110与氮化物磊晶结构层130之间，其中不连续性应力释放层140a1、140a2的材质为氮化硅。
详细来说，如图1所示，本实施例的不连续性应力释放层140a1、140a2是位于缓冲层120内。较佳地，每一不连续性应力释放层140a、140a2的厚度例如是小于1微米，可释放氮化物磊晶结构层130的应力，且又不致于影响氮化物磊晶结构层130整体成长。此外，本实施例的缓冲层120具体化为氮化铝层，而氮化物磊晶结构层130具体化为氮化铝镓层、氮化铝/氮化镓超晶格结构层、氮化铝铟镓层、氮化镓层或者是由上述的四种材料层至少其中两种共同堆叠而成的磊晶结构层，在此并不加以限制。
由于本实施例的半导体结构100a在硅基板110与氮化物磊晶结构层130之间设置有材质为氮化硅的不连续性应力释放层140a1、140a2，具体来说，本实施例的不连续性应力释放层140a1、140a2是位于缓冲层120内。因此，可辅助减缓氮化物磊晶结构层130与硅基板110之间因热膨胀系数及晶格的差异所造成应力，也可阻挡在不连续性应力释放层140a1、140a2成长前已形成的差排，使差排无法继续向上成长并可降低缺陷密度，进而提升整体半导体结构100a的品质。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请同时参考图1与图2，本实施例的半导体结构100b与图1中的半导体结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的半导体结构100b的不连续性应力释放层140b1、140b2配置于氮化物磊晶结构层130内，且不连续性应力释放层140b1与不连续性应力释放层140b2之间相隔一间隔距离D，通过分散地配置不连续性应力释放层140b1、140b2，使得应力释放能力更显著。较佳地，不连续性应力释放层140b1、140b2的材质为氮化硅，且不连续性应力释放层140b1、140b2的厚度小于1微米。
图3示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请同时参考图1与图3，本实施例的半导体结构100c与图1中的半导体结构100a相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的不连续性应力释放层140c1位于氮化物磊晶结构层130内，不连续性应力释放层140c2位于缓冲层120内，且位于氮化物磊晶结构层130内的不连续性应力释放层140c1与位于缓冲层120内的不连续性应力释放层140c2相隔一间隔距离D’。
图4示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请同时参考图2与图4，本实施例的半导体结构100d与图2中的半导体结构100b相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的氮化物磊晶结构层130’具体化包括第一氮化物磊晶结构层132以及第二氮化物磊晶结构层134，其中第一氮化物磊晶结构层132配置于第二氮化物磊晶结构层134与缓冲层120之间。此处，第一氮化物磊晶结构层132例如为氮化铝镓层、氮化铝/氮化镓超晶格结构层或氮化铝铟镓层，而第二氮化物磊晶结构层134例如为氮化镓层，但不以此为限。此外，本实施例的半导体结构100d的不连续性应力释放层140d1、140d2具体化为配置于第二氮化物磊晶结构层134内且相隔一间隔距离D”。当然，在其他未示出的实施例中，不连续性性应力释放层140d1、140d2也可配置于第一氮化物磊晶结构层132内且相隔一间隔距离D”，此仍属于本发明所欲保护的范围。较佳地，不连续性应力释放层140d1、140d2的材质为氮化硅，且不连续性应力释放层140d1、140d2的厚度小于1微米。
图5示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请同时参考图4与图5，本实施例的半导体结构100e与图4中的半导体结构100d相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的半导体结构100e的不连续性应力释放层140e1配置于第一氮化物磊晶结构层132内，而不连续性应力释放层140e2配置于第二氮化物磊晶结构134内，且位于第一氮化物磊晶结构层132内的不连续性应力释放层140e1与位于第二氮化物磊晶结构层134内的不连续性应力释放层140e2相隔一间隔距离D”’。较佳地，不连续性应力释放层140e1、140e2的材质为氮化硅，且不连续性应力释放层140e1、140e2的厚度小于1微米。
图6示出为本发明的另一实施例的一种半导体结构的剖面示意图。请同时参考图5与图6，本实施例的半导体结构100f与图5中的半导体结构100e相似，但二者主要差异之处在于：本实施例的半导体结构100f还包括不连续性应力释放层140f，其中不连续性应力释放层140f配置于缓冲层120内。也就是说，本实施例中的不连续性应力释放层140e1、140e2、140f分别同时配置于第一氮化物磊晶结构层132、第二氮化物磊晶结构层134及缓冲层120内，而不连续性应力释放层140e1与不连续性应力释放层140e2之间相隔一间隔距离D1，且不连续性应力释放层140e1与不连续性应力释放层140f之间相隔一间隔距离D2。较佳地，不连续性应力释放层140f的材质为氮化硅，且不连续性应力释放层140f的厚度小于1微米。
综上所述，由于本发明的半导体结构在硅基板与氮化物磊晶结构层之间设置有材质为氮化硅的不连续性应力释放层，其中不连续性应力释放层可位于缓冲层、氮化物磊晶结构层或缓冲层及氮化物磊晶结构层内。因此，本发明可借着不连续性应力释放层来降低氮化物磊晶结构层与硅基板的晶格差异所产生的应力，也可阻挡在不连续性应力释放层成长前已形成的差排，可有效降低晶格差排在厚度方向上的延伸现象及降低缺陷密度，进而提升整体半导体结构的品质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
硅基板；
缓冲层，配置于所述硅基板上；
氮化物磊晶结构层，配置于所述缓冲层上；以及
多个不连续性应力释放层，配置于所述硅基板与所述氮化物磊晶结构层之间，其中该些不连续性应力释放层的材质为氮化硅。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，各所述不连续性应力释放层的厚度小于1微米。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该些不连续性应力释放层位于所述缓冲层内。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该些不连续性应力释放层位于所述氮化物磊晶结构层内。
5.根据权利要求4所述的半导体结构，其特征在于，所述氮化物磊晶结构层包括第一氮化物磊晶结构层以及第二氮化物磊晶结构层，而所述第一氮化物磊晶结构层配置于所述第二氮化物磊晶结构层与所述缓冲层之间。
6.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，所述第一氮化物磊晶结构层为氮化铝镓层、氮化铝/氮化镓超晶格结构层或氮化铝铟镓层，而所述第二氮化物磊晶结构层为氮化镓层。
7.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，该些不连续性应力释放层配置于所述第一氮化物磊晶结构层内，且相邻两该些不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
8.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，该些不连续性应力释放层配置于所述第二氮化物磊晶结构层内，且相邻两该些不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
9.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，一所述不连续性应力释放层配置于所述第一氮化物磊晶结构内，另一所述不连续性应力释放层配置于所述第二氮化物磊晶结构内，且位于所述第一氮化物磊晶结构内的所述不连续性应力释放层与位于所述第二氮化物磊晶结构内的所述不连续性应力释放层相隔一间隔距离。
10.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，该些不连续性应力释放层同时配置于所述缓冲层、所述第一氮化物磊晶结构层及所述第二氮化物磊晶结构层内，且相邻两该些不连续性应力释放层之间相隔一间隔距离。
11.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，一所述不连续性应力释放层位于所述氮化物磊晶结构层内，另一所述不连续性应力释放层位于所述缓冲层内，且位于所述氮化物磊晶结构层内的所述不连续性应力释放层与位于所述缓冲层内的所述不连续性应力释放层相隔一间隔距离。
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