TWI305006B - Nitride semiconductor and method for forming the same - Google Patents

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Description

,50054TW 21068twf.doc/006 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種三五族半導體基板與其製造方 法’且特別是有關於一種氮化物半導體基板與其製造方法。 【先前技術】 近年來發光二極體(LED)和雷射(LD)廣泛的被應用在 市場上，例如以氮化鎵(GaN)製成的藍光與黃色螢光粉組 合可以獲得白光，不只是在亮度上或用電量方面皆比之前 的傳統泡光源亮且省電，可以大幅降低用電量。此外，發 光一極體的哥命約在數萬小時以上，壽命比傳統燈泡長。 從紅光、綠光、藍光到紫外光的發光二極體在目前市 面上主要的元件大多數的産品是由氮化鎵系列的化合物為 主’但由於氧化銘基板(sapphire)本身與氮化鎵的晶格常數 (lattice constant)、熱澎脹係數及化學性質的差異，所以於 異質基板(例如是矽基板、碳化矽基板或是氧化鋁基板)上 成長之氮化鎵層會有許多的線缺陷、錯位，且這些錯位會 隨著成長的氮化鎵層之厚度增加而延伸，也就是形成穿透 錯位。而此類缺陷影響紫外光的發光二極體及氮化鎵系列 的雷射性能和使用壽命。 為了降低穿透位錯，習知發展出數種基板結構。圖】 繪示為習知一種三族氮化物基板之剖面簡圖。請參照圖 1，基板100上有一層GaN緩衝層102，而GaN緩衝層^〇2 上配置數個阻障圖案104,由阻障圖案104之間所裸露的 GaN緩衝層上成長半導體層106，也就是GaN磊晶層，並 ^^^500541^ 21068twf.doc/006 包覆阻障圖案HM。此種絲結構是彻轉圖案截斷 份錯位’以使位於阻障職之上的部份㈣蟲晶層不會產 生穿透錯位。然而，阻障圖案1〇4是利用進行至少一次 影颠刻製輯形成，且f要制真线備進行製造， 步驟複雜且成本較高。 圖2繪示為習知另一種三族氮化物基板之剖面簡圖。 請參照圖2，於基板200上形成緩衝層2〇2與晶種層2〇4， 之後於基板200中形成穿透缓衝層202與晶種層2〇4的溝 渠206，也就是將缓衝層2〇2與晶種層2〇4圖案化成條狀 或點狀結構。利用異質結構的選擇性側向成長法，稱之爲 (Pendeo-epitaxy ’ PE)，使GaN磊晶層只在條形晶種層2〇4 的側壁上懸空側向生長，然後覆蓋在條狀的晶種層 上，用以阻止部份垂直方向的穿透錯位。與圖1所述之阻 障圖案104相似’穿透緩衝層202與晶種層2〇4的溝渠2〇6 必需經由進行至少一次微影蝕刻製程所形成，且需要應用 真空設備進行製造，因此同樣的製造步驟較為複雜且成本 較高。 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種氮化物半導體基板的 製造方法可降低製造成本。 本發明的再一目的是提供一種氮化物半導體基板的 製造方法可以簡化製程步驟。 本發明的又一目的是提供一種氮化物半導體基板可 以降低氮化物半導體層之錯位密度。 6 13050⑽ 950054TW 21068twf.doc/006 、本發明提出-種氮化物半導體基板的製造方法。此方 提供—基板。進行—部份表面處理製程，以粗造 半ϋΪ之部分表面。之後，於該基板上方形成—氮化物 依照本發明的較佳f施韻述 的製造方法，其中該基板之材質選自由石夕二體= 紹、，藍寶石、氮化鎵、氮化紹、玻璃、石英、氧化辞、氧 化鎂與氧化鋰鎵所組成之群組中。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半 的製造f法，其中該部分表面處理製程包括以-同調i磁 波照射該基板之部分表面，以破壞所照射之部分表面結構。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半 方法，其中該部分表面處理製程包括以 狀方式破壞該基板之部分表面。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半 的製f方法’其中該氮化物半導體層之材質選自由^化 ,、氮化銦、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化銦鋁與 氮化銦嫁紹所組成之群組中。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基板的 製造方法，其中形成該氮化物半導體層之方法包括ς該基 板之未粗糙化之表面上磊晶並且側向成長成該氮化物ϋ 體層。 本發明又提出一種氮化物半導體基板的製造方法。此 方法包括：提供—基板，其中該基板具有—鏡面表面。進 7 'Pif950054TW 21068twf.doc/006 行-表面製程以祕化該基板之部份該鏡面表面而形 粗m案。於基板上方形成一氮化物半導體層。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體美 的製造方法’其中該基板之材魏自岭、碳切、^化 銘、藍寶石、氮化鎵、氮化銘、玻璃、石英、氧化 化鎂與氧化鋰鎵所組成之群組中。 ，依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基板 的製造方法，其中該氮化物半導體層之材質選自由氮化 ^氣化鋼、氮化銘、氮化銘鎵、氮化銦鎵、氮化鋼銘與 氮化銦鎵鋁所組成之群組中。 u依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基板 的製造方法，其巾形成該粗糙圖案之方法包括以—物理性 破壞方式破壞該基板之部分表面。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基板 的裝1&方法’其中該物理性破壞方式包括使用一同調電磁 波照射該基板之部分該鏡面表面。 ，依知本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基板 的製造方法，其中形成該氮化物半導體層之方法包括於該 基板之該粗糙圖案以外之該鏡面表面上磊晶並且側向成長 成該氮化物半導體層。 本發明更提出一種氮化物半導體基板，此淡化物半導 體基板包括：一基板與一氮化物半導體層。基板之一表面 f有一鏡面區域與一粗糙圖案區域。而氮化物半導體層覆 蓋基板上方，其中氮化物半導體層與基板之鏡面區域相接 '9500S4TW 21068twf.doc/006 '9500S4TW 21068twf.doc/006 觸 板 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基 其中該氮化物半導體層懸跨於該粗縫圖案區域上方。 板 石 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基 其中該基板之材質選自由石夕、碳化石夕、氧化銘、藍寶 氮化鎵、氮化銘、玻璃、石英、氧化鋅、氧化錤與氧 化鋰鎵所組成之群組中。 依照本發明的較佳實施例所述之氮化物半導體基 其中該氮化物半導體層之材f選自由氮化鎵、氮化銅、
Wb銘、氮化_、氮化銦鎵、氮化銦銘與I化銦嫁紹所 組成之群組中。 ^發明中由於氮化物半導體層僅於基板之鏡面區域 、擇性“並_成長’ 可峨職化物半導體層中 ^部份穿賴位’崎韻絲的氮絲半㈣層中的穿 其^位密度。另外’本發明湘物理性破壞方式直接破壞 卩絲面，而無_外於基板上形成雜或是阻障 =來阻纟隨化物轉體層巾的骑穿透齡，因此本發 方法可降低製造成本與簡化製程步驟。 為讓本發明之上料其他目的、魏和優點能更明顯 明如下下文鱗較佳實蘭，並配合所關式，作詳細說 【實施方式】 化你f Α至圖3Β繪示根據本發明—較佳實施例之一種氮 化物半導體基㈣製造方法。請參_ 3Α，首級供 13050恥 50054TW 21068twf.d〇c/006 板300 :此基板300之材質例如是選自由石夕、碳化石夕、氧 化H藍寶;5、氮化鎵、氮她、玻璃、石英、氧化辞、 氧化鎂與氧化鱗所組成之群組巾。糾，此基板3〇〇具 有一光滑之鏡面表面。 ' 、之後，進行-表面處理製程3〇2，以使基板3〇〇之部 刀鏡面表面轉換成為粗链區域3⑻匕。此表面處理製程go〗 亦即-部分表面處理製程，其包括以—物理性破壞方式， 破壞基，300之部分鏡面表面。較佳的是，此部分表面處 3程是以—同調電磁波照射基板300,以破壞所照射的 ，分鏡面表面。又，上述同調電磁波可以是—雷射。也就 是，利用雷射光集中於基板3〇〇上一點，以瞬間高能量依 序破壞部分基板300之表面結構而形成粗糙圖案。 值得注意的是，在進行表面處理製程3〇2之後，基板 3〇〇之表面具有一鏡面區域300a以及一粗糙區域3〇〇b。 、之後，請參照圖；3B，於基板300上方形成一氮化物 半導體層304。此氮化物半導體層3〇4之材質選自由氮化 鍊、氮化銦、氮化鋁、氮化銘鎵、氮化銦鎵、氮化銦鋁與 氮化銦鎵銘所組成之群組中。形成此氮化物半導體層3〇4 之方法包括磊晶法。由於基板3〇〇之表面具有鏡面區域 300a與粗糙區域3〇〇 ’且粗糙區域3〇〇b表面不平整，因此 在磊晶形成氮化物半導體層304時，氮化物半導體層304 並不會成長於粗糙區域300b上，而只成長於基板300之鏡 面區域300a上。換句話說，氮化物半導體層3〇4是選擇性 區域成長於基板300上。在氮化物半導體層3〇4向上磊晶 10 •50054TW 21068twf.doc/006 成長之同時，其也側向成長以覆蓋整個基板3〇〇。亦即， 氮化物半導體層3〇4僅與基板3⑻之鏡面區域偷相接 觸，而且懸跨於基板300之粗糙區域3〇〇b上方，因此，在 基板300之粗糙區域300b上方與氮化物半導體層3〇4之 有一空間306。 S 日
由於氮化物半導體層304是選擇性區域蟲晶並側向成 長於基板300上，因此可以阻絕氮化物半導體層中的部份 穿透錯位’崎低所成長的氮化物轉體層 密度。其中’根據本發明之方法所形成之淡化物半導體屏 中之錯位密度小於l〇9cm-2。 θ 此外，相較於習知技藝，本發明利用物理性破壞 直接破壞基板的部分表面’ 額外·板上形成溝泪 或是阻障圖案雜絕氮錄半導體層巾的部 * 因此本發明之綠可降健造縣與簡化製程步驟U， 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然i
=發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 ，圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 乾圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1繪示為習知-種三族氮化物基板之剖面簡圖。 ^ 會示為習知另一種三族氮化物基板之剖面簡圖。 圖A至圖3B緣不根據本發明一較佳實施 $ 化物半導體基板的製造方法。 虱 【主要元件符號說明】 11 I3050Q4 50054TW 21068twf.doc/006 100、200、300 :基板 102、202 :缓衝層 104 :阻障圖案 204:晶種層 206 :溝渠 106、208、304 :氮化物半導體層 300a :鏡面表面 300b :粗链表面 • 302:表面處理製程 306 :空間 12

Claims (1)

  1. I3050Q45OO54TW 21068twf.doc/006 十、申請專利範圍： 1. 一種氮化物半導體基板的製造方法， 提供一基板； 匕括· 面；部份表面處理製程，以粗造化該基板之部分表 於該基板上方形成一氮化物半導體層。 法’其中該基板之材質選自由石夕 鋁、藍寶石、氮化鎵、氮化銘、玻璃、石英乳, 化鎂與氧化轉所組成之群组巾。 、1化鋅、氣 的製體基板 波照分表面，以破壞所照射之部 鲁 壤方式破_餘之部絲面。 ^ 的範圍第1項所述之氮化物半導體基板 氮化鋼鎵_二;中叫顺、氮化吻 的ι4方㈣1項賴之氮條半導體基板 導t粗·之表面上蟲日日日並且側向成長成該氮化物半 13 050敗 5O054TW 21068twf.doc/006 7. —種氮化物半導體基板的製造方法，包括： 提供一基板，其中該基板具有一鏡面表面； 進行-表面製程以城傾基板之部份該 而形成一粗糙圖案；以及 兄卸表面 於该基板上方形成一氮化物半導體犀。 的‘方mm第7/料之“物半導體基板 ΐ ^ 該基板之材f選自岭、破切、氧化 鋁、,I寶石、虱化鎵、氮化紹、玻璃、石英 化鎂與氧化鐘鎵所組成之群組中。 9生如申請專利範㈣7項所述之氮化物半導體 ，裝以方法，其巾該氮化物半導體層之材質選自由二 鎵、氮化銦、氮化鋁、氮化鋁錄 、 氮化銦_所組成之群組中。氮b銦鎵、虱化銦銘與 的方Γΐ，圍第7項所述之氮化物半導體基板 々k方法，其中形成該粗才造圖案之方法包括以 破壞方式破壞該基板之部分表面。 物理性 板的ΐ造::請第10項所述之氮化物半導體基 极扪衣k方法，其中該物理性破 磁波照射該基板之部分該鏡面表面。 5調電 的f i2方圍第7項所述之氮化物半導體基板 的Α方法’其中形成該氮化物半導體 = 基板之該粗輪圖案以外之該 :/匕括於遠 成該氮化物半導體層。、自上蟲曰曰並且側向成長 I3·—種氮化物半導體基板，包括： I3050Q4 50054TW 21068twf.doc/〇〇6 -基板，其中該基板之—表 糙圖案區域；以及 β 镜面區域與一粗 一氮化物半導體層 導體層與該基板线鏡^域^ Μ該氮化物半 板 14. 如申請專利範圍第13項 其中該氮化物半導體層脊氮化物半導體基 τ爷體層懸跨於該粗糖圖 板 石 15. 如申請專利範圍第：案S域上方。 ^ ^ 員所述之氮化物半導體基 :中撼板之材質選自岭、碳切、氧化銘、 氮化鎵、氮化鋁、玻璃、石英、氧化鋅、 化鐘鎵所域之群組中。力&化鋅&⑽與氧 16. 如申請專利範圍第13項所述之氮化物半導體基 ，’其中該氮化物半導體層之材質選自由氮化鎵、氮化銦、 氮化銘、氮化紹鎵、氮化銦鎵、氮化銦銘與氮化銦鎵銘所 組成之群組中。 15
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