TW201642306A - 供ⅲ-ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板。該基板包含一表面，該表面經過一表面處理而具有一連續面部及自該連續面部向下凹陷的一或更多孔洞。該一或更多孔洞之開口的寬度係小於0.2 μm、該一或更多孔洞的深度係小於0.2 μm、且該一或更多孔洞之開口的面積佔該基板的總表面積不超過70%。

Description

供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板

本發明係關於一種供磊晶成長用之基板，更具體而言，係關於一種供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板。

一般而言，在磊晶製程中，當基板的材料與磊晶層的材料不同時，由於不同材料本身的晶格常數等特性係有所差異，故可能會因晶格不匹配之問題而在界面處形成缺陷，大量的缺陷及向磊晶層中延伸的差排會嚴重影響元件的光學及電學特性，這是在磊晶製程中所不樂見的。

參照圖1，圖1係根據一習知技術，顯示在平面藍寶石基板8上磊晶成長GaN層9的橫剖面示意圖。在平面藍寶石基板8上磊晶成長GaN層9時，由於GaN的晶格常數大於藍寶石（Al₂ O₃ ）的晶格常數且不匹配度相當高，因此在界面處容易產生缺陷（例如差排），再者，對平面藍寶石基板8而言，其無法有效地控制缺陷的產生之處及限制缺陷的成長。

為了降低缺陷密度並改善磊晶品質，目前已知，圖案化基板可有助於改善磊晶缺陷之問題。圖案化基板係利用表面處理而使基板之表面上形成有依特定規則排列的微結構圖案，例如島狀物結構等等。參照圖2，圖2係根據另一習知技術，顯示在圖案化藍寶石基板8'上磊晶成長GaN層9'的橫剖面示意圖。在本實施例中，圖案化藍寶石基板8'具有連續面部82及自連續面部82向上突起的錐形島狀結構83。因此，相對於向上突起的錐形島狀結構83，連續面部82為最低點之連續面部。

在圖案化藍寶石基板8'上磊晶成長GaN層9'時，可將磊晶條件調整成有利於側向磊晶（ELOG）發展。側向磊晶的技術係利用調整磊晶參數而使橫向磊晶的速度大於縱向磊晶的速度，其可改變缺陷生長方向使缺陷不易向上發展至表面。藉由側向磊晶，當磊晶品質良好的GaN在連續面部82上開始磊晶成長時，缺陷會被集中限制在錐形島狀結構83附近，而其他部分的缺陷則相當少。隨著製程進行，GaN層9'會越長越厚而將錐形島狀結構83完全地覆蓋過，此時集中在錐形島狀結構83附近的缺陷亦會被覆蓋住，因而使最終之GaN層9'的表面可具有良好的磊晶品質。因此，圖案化藍寶石基板8'係有助於控制缺陷的成長，進而改善磊晶的品質。惟，在圖案化藍寶石基板8'上磊晶成長GaN層9'時，GaN層9'必須足夠厚以完全地覆蓋過錐形島狀結構83，這會導致成本增加。此外，就錐形島狀結構83而言，其頂部尖端仍有可能造成向上延伸至GaN層9'之表面的缺陷。

有鑑於此，本發明之目的即在於，提供一種供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其不僅與圖案化藍寶石基板類似，能夠控制缺陷的成長進而改善磊晶的品質，且相對於圖案化藍寶石基板，本發明之基板可降低磊晶Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體所需之厚度，以降低成本。

根據本發明之一實施例，一種供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板包含一表面。該表面經過一表面處理而具有一連續面部及自該連續面部向下凹陷的一或更多孔洞。較佳地，該一或更多孔洞之開口的寬度係小於0.2 μm、該一或更多孔洞的深度係小於0.2 μm、且該一或更多孔洞之開口的面積佔該基板的總表面積不超過70%。

藉由側向磊晶，當在該基板之表面上磊晶成長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體時，缺陷會被集中限制在該一或更多孔洞附近，而其他部分的缺陷則相當少。因此，此種基板係有助於控制缺陷的成長，進而改善磊晶的品質。此外，由於此種基板並非具有突起的島狀結構，而是具有凹陷的該一或更多孔洞，因此磊晶時Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的厚度並無要求須超過突起的島狀結構之高度，而可降低Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的厚度以節省成本。

本發明之其他實施態樣以及優點，可由以下用以顯示本發明原理範例的詳細說明並結合隨附圖式而更顯明白。此外，本說明書中將不再贅述為人所熟知的元件與原理，以免對本發明造成不必要之混淆。

現將參照數個如隨附圖式中所描述的較佳實施例來詳細說明本發明。在以下敘述中，提出許多特定細節以提供本發明之通盤瞭解。然而，在本技術領域中具有通常知識者應當理解，在缺少若干或全部這些特定細節的情況下仍可實施本發明。

參照圖3，圖3係根據本發明之一實施例，顯示供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板1之部分的示意圖。其中，Ⅲ族元素係選自於由鋁（Al）、鎵（Ga）、銦（In）及其組合所組成之群組。Ⅴ族元素係選自於由氮(N)、磷（P）、砷（As）及其組合所組成之群組。常見的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體例如為氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）、砷化鋁鎵（AlGaAs）等等。Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的應用相當廣泛，常見的應用包括發光二極體元件或功率元件等等。

如圖3中所示，基板1包含後續用以供磊晶成長的表面10。表面10經過一表面處理而具有實質上平坦的連續面部12及自連續面部12向下凹陷的一或更多孔洞2。應注意的是，在本文中係以基板1的連續面部12作為基準來判定分佈於連續面部12中的個別結構之凹凸，自連續面部12向上延伸者為突起結構，而自連續面部12向下延伸者為凹陷結構。因此，相對於向下凹陷的孔洞2，連續面部12為最高點之連續面部(如圖5所示)。

在本實施例中，基板1為藍寶石基板，但在其他實施例中可為矽基板、碳化矽基板等等。此表面處理可包含蝕刻及/或成長處理。一或更多孔洞2之開口20的形狀可為圓形、三角形、或六角形。一或更多孔洞2之開口20的寬度係小於0.2 μm，在一實施例中，一或更多孔洞2之開口20的寬度可為10 nm - 100 nm；而一或更多孔洞2的深度係小於0.2 μm，在一實施例中，一或更多孔洞2的深度可為10 nm - 100 nm。應理解的是，在本文中，一或更多孔洞2之開口20的寬度係指開口20的周緣上相距最遠二點之間的距離。舉例來說，若一或更多孔洞2之開口20為圓形，則一或更多孔洞2之開口20的寬度係指一或更多孔洞2之開口20的直徑。

一或更多孔洞2之開口20的面積佔基板1的總表面積不超過70%。若一或更多孔洞2之開口20的面積佔基板1的總表面積超過70%，則可能會因為長晶面過少而遭遇磊晶上的困難。

圖4係顯示如圖3之基板1之部分的掃描式電子顯微鏡（SEM）影像。由圖4可觀察到，本實施例之基板的表面形成有圓形的孔洞。

參照圖5，圖5係顯示在如圖3之基板1上磊晶成長GaN層9''的橫剖面示意圖。在基板1上磊晶成長GaN層9''時，可將磊晶條件調整成有利於側向磊晶發展。藉由側向磊晶，當磊晶品質良好的GaN在連續面部12上開始磊晶成長時，缺陷會被集中限制在一或更多孔洞2附近，而其他部分的缺陷則相當少。隨著製程進行，GaN層9''會側向及縱向成長而逐漸將一或更多孔洞2完全覆蓋住，此時集中在一或更多孔洞2附近的缺陷亦會被覆蓋住，因而使最終之GaN層9''的表面可具有良好的磊晶品質。因此，基板1係有助於控制缺陷的成長，進而改善磊晶的品質。此外，由於基板1係具有凹陷的一或更多孔洞84而非突起的結構，因此磊晶時GaN層9''的厚度並無要求須超過突起的結構之高度，而可降低GaN層9''的厚度以節省成本。

雖然本發明已參考較佳實施例及圖式詳加說明，但其僅為舉例性者而非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神與範疇的情況下，可進行各種修改、變化以及等效替代。故本發明之保護範圍當以隨附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧基板
2‧‧‧孔洞
8‧‧‧平面藍寶石基板
8'‧‧‧圖案化藍寶石基板
9、9'、9''‧‧‧GaN層
10‧‧‧表面
12‧‧‧連續面部
20‧‧‧開口
82‧‧‧連續面部
83‧‧‧錐形島狀結構

在本發明的圖式中，相同的參考符號係代表相同或類似的元件。此外，由於該等圖式僅為示例，故其並非按照實際比例繪製。

圖1係根據一習知技術，顯示在平面藍寶石基板上磊晶成長GaN層的橫剖面示意圖。

圖2係根據另一習知技術，顯示在圖案化藍寶石基板上磊晶成長GaN層的橫剖面示意圖。

圖3係根據本發明之一實施例，顯示本發明之基板之部分的示意圖。

圖4係顯示如圖3之基板之部分的掃描式電子顯微鏡（SEM）影像。

圖5係顯示在如圖3之基板上磊晶成長GaN層的橫剖面示意圖。

1‧‧‧基板

2‧‧‧孔洞

10‧‧‧表面

12‧‧‧連續面部

20‧‧‧開口

Claims (8)

1. 一種供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，該基板包含一表面，該表面經過一表面處理而具有一連續面部及自該連續面部向下凹陷的一或更多孔洞。
2. 如申請專利範圍第1項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞之開口的寬度係小於0.2 μm。
3. 如申請專利範圍第2項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞的深度係小於0.2 μm。
4. 如申請專利範圍第3項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞之開口的面積佔該基板的總表面積不超過70%。
5. 如申請專利範圍第4項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞之開口的形狀為圓形、三角形、或六角形。
6. 如申請專利範圍第5項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該基板為矽基板、碳化矽基板、或藍寶石基板其中一者。
7. 如申請專利範圍第2項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞之開口的寬度為10 nm - 100 nm。
8. 如申請專利範圍第3項所述之供Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體磊晶成長用之基板，其中，該一或更多孔洞的深度為10 nm - 100 nm。