CN105810578B - 化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构。该表面处理方法包括：朝化合物半导体基材的表面高压喷射含有磨料的浆体，以在化合物半导体基材的表面形成不规则的凹凸结构。该外延结构包括采用该表面处理方法得到的化合物半导体基材以及在化合物半导体基材的凹凸结构上横向生长的化合物半导体薄膜，其中，化合物半导体基材与化合物半导体薄膜为异质结构。通过上述方式，本发明能够简化表面处理工艺。

Description

化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构。
背景技术
化合物半导体器件，尤其是以GaN、SiC为代表的第三代半导体器件，在电力电子领域和通信领域有着广阔的应用前景。对器件的性能和可靠性要求也非常高。
在化合物半导体外延结构的生长过程中，由于化合物半导体材料可能需要生长在异质衬底上，所以会因为晶格适配问题导致晶格缺陷从下向上传递，进而影响到半导体器件的性能及可靠性，严重的会造成器件失能、损坏。为了克服这一缺陷，目前业内普遍利用了化合物半导体材料的横向生长特性，即将衬底表面图形化，在图形化后的衬底上横向生长形成平坦的薄膜，从而能够有效阻碍晶格缺陷向上传递。
然而，现有技术中将衬底表面图形化的方式大多都是采用光刻或刻蚀等工艺处理衬底表面，处理工艺比较复杂、繁琐。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构，能够简化表面处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种化合物半导体基材的表面处理方法及外延结构，包括：朝化合物半导体基材的表面高压喷射含有磨料的浆体，以在所述化合物半导体基材的表面形成不规则的凹凸结构。
优选地，所述浆体为低粘度液体。
优选地，所述化合物半导体基材为Si衬底、GaAs衬底、SiC衬底、GaN衬底或sapphire衬底。
优选地，所述化合物半导体基材为SiC衬底时，所述磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um～0.5um。
优选地，所述磨料还包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um～0.5um。
优选地，所述化合物半导体基材包括SiC衬底以及在SiC衬底上生长的AlxGa1-xN膜层，其中，x为0～1。
优选地，所述磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um～0.5um。
优选地，所述磨料还包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um～0.5um。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种外延结构，包括采用上述任一种表面处理方法得到的化合物半导体基材以及在所述化合物半导体基材的凹凸结构上横向生长的化合物半导体薄膜，其中，所述化合物半导体基材与所述化合物半导体薄膜为异质结构。
优选地，所述化合物半导体薄膜为GaN薄膜。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：由于直接采用高压喷射含有磨料的浆体来处理化合物半导体基材的表面，无需其他工艺，从而能够简化表面处理工艺，可以增加化合物半导体基材的表面粗糙度，有利于形成高质量的化合物半导体薄膜，进而使半导体器件可以保持高性能和高可靠性。
附图说明
图1是采用本发明实施例的化合物半导体基材的表面处理方法处理化合物半导体基材的示意图。
图2是图1中一种化合物半导体基材处理前后的对比示意图。
图3是图1中另一种化合物半导体基材处理前后的对比示意图。
图4是本发明实施例的外延结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是采用本发明实施例的化合物半导体基材的表面处理方法处理化合物半导体基材的示意图。结合该图1，本发明实施例的化合物半导体基材的表面处理方法包括：朝化合物半导体基材1的表面高压喷射含有磨料的浆体，以在化合物半导体基材1的表面形成不规则的凹凸结构。其中，含有磨料的浆体可以由高压喷射装置高压喷射而出。
在具体实施时，可以通过调节喷射压力、喷射距离、喷射角度、磨料材质和磨料颗粒度等参数来改变化合物半导体基材1表面的粗糙度，化合物半导体基材1的表面越粗糙，形成的不规则的凹凸结构就越密集。具体而言，喷射压力越大，化合物半导体基材1的表面越粗糙；喷射距离越远，化合物半导体基材1的表面越粗糙；喷射角度(0～90°)越大，化合物半导体基材1的表面越粗糙；磨料材质硬度越大，化合物半导体基材1的表面越粗糙；磨料颗粒直径越大，化合物半导体基材1表面越粗糙。
当化合物半导体基材1选用不同的化合物半导体材料时，化合物半导体基材1的硬度也会相应改变，因此，浆体中的磨料也需要相应改变。在本实施例中，浆体为低粘度液体，低粘度液体包括但不限于水或有机溶剂。
可选地，化合物半导体基材1可以为Si衬底、GaAs衬底、SiC衬底、GaN衬底或sapphire衬底，也可以为在SiC衬底上生长的AlxGa1-xN膜层，其中，x为0～1。
请参见图2，化合物半导体基材1为SiC衬底，由于SiC衬底的莫氏硬度约为9.5，因此，磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um～0.5um。当然，根据SiC衬底11的表面形态，磨料还可以包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um～0.5um。如图2(a)所示，在处理前，SiC衬底表面比较平整，如图2(b)所示，在处理后，SiC衬底表面形成不规则的凹凸结构11。
请参见图3，化合物半导体基材1包括SiC衬底10以及在SiC衬底10上生长的AlxGa1-xN膜层20。其中，磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um～0.5um。当然，磨料还可以包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um～0.5um。如图3(a)所示，在处理前，AlxGa1-xN膜层20表面比较平整，如图3(b)所示，在处理后，AlxGa1- xN膜层20表面形成不规则的凹凸结构11。
本发明实施例的表面处理方法由于直接采用高压喷射含有磨料的浆体来处理化合物半导体基材的表面，无需其他工艺，从而能够简化表面处理工艺，可以增加化合物半导体基材的表面粗糙度，有利于形成高质量的化合物半导体薄膜。
本发明实施例还提供一种外延结构，该外延结构包括化合物半导体基材以及在化合物半导体基材的凹凸结构上横向生长的化合物半导体薄膜，其中，化合物半导体基材与化合物半导体薄膜为异质结构。请参见图4，在本实施例中，化合物半导体基材为图3(b)所示的化合物半导体基材1，化合物半导体薄膜2为GaN薄膜，由于横向生长的特性，化合物半导体薄膜2在生长过程中会逐渐填满不规则的凹凸结构11，进而形成高质量的平坦薄膜，从而能够有效阻碍晶格缺陷向上传递，使半导体器件可以保持高性能和高可靠性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，包括：朝化合物半导体基材的表面高压喷射含有磨料的浆体，以在所述化合物半导体基材的表面形成不规则的凹凸结构，磨料颗粒在化合物半导体基材表面进行研磨作用产生凹凸结构；在所述化合物半导体基材的凹凸结构上横向生长的化合物半导体薄膜与所述化合物半导体基材为异质结构。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述浆体为低粘度液体。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述化合物半导体基材为Si衬底、GaAs衬底、SiC衬底、GaN衬底或sapphire衬底。
4.根据权利要求3所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述化合物半导体基材为SiC衬底时，所述磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um~0.5um。
5.根据权利要求4所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述磨料还包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um~0.5um。
6.根据权利要求1所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述化合物半导体基材包括SiC衬底以及在SiC衬底上生长的AlxGa1-xN膜层，其中，x为0~1。
7.根据权利要求6所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述磨料包括金刚石颗粒，金刚石颗粒的直径为0.01um~0.5um。
8.根据权利要求7所述的化合物半导体基材的表面处理方法，其特征在于，所述磨料还包括Al2O3颗粒和/或SiO2颗粒，Al2O3颗粒和SiO2颗粒的直径为0.01um~0.5um。
9.一种外延结构，其特征在于，包括采用权利要求1至8任一项所述的表面处理方法得到的化合物半导体基材以及在所述化合物半导体基材的凹凸结构上横向生长的化合物半导体薄膜，其中，所述化合物半导体基材与所述化合物半导体薄膜为异质结构。
10.根据权利要求9所述的外延结构，其特征在于，所述化合物半导体薄膜为GaN薄膜。
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