TWI793848B - LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法 - Google Patents
LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI793848B TWI793848B TW110141631A TW110141631A TWI793848B TW I793848 B TWI793848 B TW I793848B TW 110141631 A TW110141631 A TW 110141631A TW 110141631 A TW110141631 A TW 110141631A TW I793848 B TWI793848 B TW I793848B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- layer
- gan
- nucleation
- based substrate
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 154
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 76
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 76
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 8
- 230000035876 healing Effects 0.000 claims 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本申請提供了一種LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法，GaN基襯底包括：圖形化襯底，包括多個凹陷部與多個凸起部；位於凹陷部的金屬Ga層；以及位於金屬Ga層與金屬Ga層曝露出的凸起部上的第二半導體層，第二半導體層的材料為GaN基材料。LED發光結構形成在GaN基襯底上時，LED發光結構發出的光線經金屬Ga層反射後，可從LED發光結構的上表面或側表面出光，減少了光吸收，從而提高了LED發光結構的出光效率。
Description
本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法。
III族氮化物是繼Si、GaAs等第一、第二代半導體材料之後的第三代新型半導體材料，其中GaN作為寬禁帶半導體材料有許多優點，諸如飽和漂移速度高、擊穿電壓大、載流子輸運性能優異以及能夠形成AlGaN、InGaN三元合金和AlInGaN四元合金等，容易製作GaN基的PN接面。鑒於此，近幾年來GaN基材料和半導體器件得到了廣泛和深入的研究，MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沉積）技術生長GaN基材料日趨成熟；在半導體器件研究方面，GaN基LED、LDs等光電子器件以及GaN基HEMT等微電子器件方面的研究都取得了顯著的成績和長足的發展。
隨著GaN基材料在發光器件上的應用逐步深入，行業內對終端產品的出光效率的需求進一步提高。
本發明的發明目的是提供一種LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法，提高LED結構的出光效率。
為實現上述目的，本發明的第一方面提供一種GaN基襯底，包括：
圖形化襯底，包括多個凹陷部與多個凸起部；
位於所述凹陷部的金屬Ga層；以及
位於所述金屬Ga層與所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上的第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料。
可選地，所述凹陷部與所述金屬Ga層之間，以及所述凸起部與所述第二半導體層之間都具有第一成核層，所述第一成核層的材料為AlGaN或AlN。
可選地，所述凸起部與所述第二半導體層之間具有第三成核層，所述第三成核層的材料為AlGaN或AlN。
可選地，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
本發明的第二方面提供一種LED結構，包括：
上述一項所述的GaN基襯底；
位於所述GaN基襯底上的LED發光結構，所述LED發光結構包括第一導電類型的半導體層、第二導電類型的半導體層，以及位於所述第一導電類型的半導體層與所述第二導電類型的半導體層之間的發光層，所述第一導電類型與所述第二導電類型相反。
本發明的第三方面提供一種GaN基襯底的製作方法，包括：
提供圖形化襯底，所述圖形化襯底包括多個凹陷部與多個凸起部；在所述凹陷部外延生長第一半導體層，所述第一半導體層的材料為GaN；
在所述第一半導體層以及所述第一半導體層曝露出的所述凸起部上外延生長第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料，所述第二半導體層的材料與所述第一半導體層的材料不同；所述第二半導體層內具有缺口，所述缺口在厚度方向上貫穿所述第二半導體層；
在溫度大於300℃下，通入氫氣，所述氫氣經所述缺口與所述第一半導體層發生反應，生成金屬Ga層。
可選地，所述第二半導體層的材料為AlGaN或AlN。
可選地，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上生長第一成核層，所述第一成核層保形地位於所述圖形化襯底上，所述第一成核層的材料為AlGaN或AlN；所述第一半導體層與所述第二半導體層外延生長在所述第一成核層上。
可選地，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上低溫生長第二成核層，所述第二成核層保形地位於所述圖形化襯底上，所述第二成核層的材料為GaN；所述第一半導體層外延生長在所述凹陷部的所述第二成核層上，所述第二半導體層先向上外延生長在所述第一半導體層上，後橫向癒合在所述第一半導體層曝露出的所述凸起部上，之後再整面向上外延生長。
可選地，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
本發明的第四方面提供一種GaN基襯底的製作方法，包括：
提供圖形化襯底，所述圖形化襯底包括多個凹陷部與多個凸起部；在所述凹陷部外延生長第一半導體層，所述第一半導體層的材料為GaN；
在溫度大於300℃下，通入氫氣，所述氫氣與所述第一半導體層發生反應，生成金屬Ga層；
在所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上進行外延生長，以形成覆蓋於所述金屬Ga層的整面的第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料。
可選地，所述第二半導體層的材料為AlGaN或AlN。
可選地，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上生長第一成核層，所述第一成核層保形地位於所述圖形化襯底上，所述第一成核層的材料為AlGaN或AlN；所述第一半導體層與所述第二半導體層外延生長在所述第一成核層上。
可選地，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上低溫生長第二成核層，所述第二成核層保形地位於所述圖形化襯底上，所述第二成核層的材料為GaN；所述第一半導體層外延生長在所述凹陷部的所述第二成核層上；
所述第一半導體層反應生成金屬Ga層後，在所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上生長第三成核層，所述第三成核層的材料為AlGaN或AlN；所述第二半導體層外延生長在所述第三成核層上。
可選地，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
與現有技術相比，本發明的有益效果在於：
1）透過對圖形化襯底與GaN基材料第二半導體層之間的第一半導體層處理，使其變為金屬Ga層，形成GaN基襯底。LED發光結構形成在GaN基襯底上時，LED發光結構發出的光線經金屬Ga層反射後，可從LED發光結構的上表面或側表面出光，減少了光吸收，從而提高了LED發光結構的出光效率。
2）可選方案中，在圖形化襯底上依次形成GaN第一半導體層、GaN基材料第二半導體層後，氫氣經第二半導體層的缺口與GaN第一半導體層反應生成金屬Ga層。或3）可選方案中，在圖形化襯底上形成GaN第一半導體層後，通入氫氣，使其與GaN第一半導體層反應生成金屬Ga層，後在圖形化襯底的凸起部外延生長覆蓋於金屬Ga層的整面的GaN基材料第二半導體層。上述兩種方法工藝簡單且可靠。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖1是本發明第一實施例的GaN基襯底的製作方法的流程圖。圖2至圖4是圖1中的流程對應的中間結構示意圖。圖5是本發明第一實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖。
首先，參照圖1中的步驟S1、圖2與圖3所示，提供圖形化襯底10，圖形化襯底10包括多個凹陷部10a與多個凸起部10b；在凹陷部10a外延生長第一半導體層12，第一半導體層12的材料為GaN。
圖形化襯底10的材料可以為藍寶石、碳化矽、矽、絕緣體上矽（SOI）、鈮酸鋰或金剛石等材料。
本實施例中，參照圖2所示，外延生長第一半導體層12前，在圖形化襯底10上生長第一成核層11，第一成核層11保形地位於圖形化襯底10上。第一成核層11的材料為AlGaN或AlN。
第一成核層11可以為a）低溫成核層，也可以b）先形成一層低溫成核層，在低溫成核層上再形成一層高溫成核層。相對於a）方案，b）方案能降低後續外延生長在第一成核層11上的半導體層的缺陷密度和材料應力、提高品質。
第一半導體層12的外延生長工藝可以包括：原子層沉積法（ALD，Atomic layer deposition）、或化學氣相沉積法（CVD，Chemical Vapor Deposition）、或分子束磊晶法（MBE，Molecular Beam Epitaxy）、或電漿增強化學氣相沉積法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）、或低壓化學氣相沉積法（LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition），或金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD，Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）、或其組合方式。
例如，使用MOCVD法外延生長第一半導體層12時，金屬源可以為三甲基鎵（TMGa），N源可以為NH
3，載氣可以為H
2，溫度可以大於300℃，優選大於700℃。
接著，參照圖1中的步驟S2與圖4所示，在第一半導體層12以及第一半導體層12曝露出的凸起部10b上外延生長第二半導體層13，第二半導體層13的材料為GaN基材料，第二半導體層13的材料與第一半導體層12的材料不同；第二半導體層13內具有缺口131，缺口131在厚度方向上貫穿第二半導體層13。
第二半導體層13的材料可以為AlN，InN，AlGaN，InGaN，AlInN與AlInGaN中的至少一種。
第二半導體層13的外延生長工藝可參照第一半導體層11的外延生長工藝。例如，使用MOCVD法外延生長第二半導體層13時，金屬源可以為三甲基鎵（TMGa）與三甲基鋁（TMAl），N源可以為NH
3，載氣可以為H
2，溫度可以大於300℃，優選大於700℃。
第二半導體層13由於與第一半導體層11的材料不同，因而兩者存在晶格失配等問題，導致第二半導體層13內具有缺口131。
之後，參照圖1中的步驟S3、圖4與圖5所示，在溫度大於300℃下，通入氫氣，氫氣經缺口131與第一半導體層12發生反應，生成金屬Ga層12'。
高溫下，例如溫度大於300℃時，氫氣與第一半導體層12發生反應的化學方程式為：
3H
2+2GaN=2Ga(l) +2NH
3↑。
需要說明的是，氫氣與第一半導體層12發生反應的溫度應低於金屬Ga的沸點。
上述提供高溫以及通入H
2，可透過停止供入外延生長第二半導體層13的金屬源與N源，僅通入載氣實現。好處在於：在同一反應腔室內進行，不用轉移腔室，可避免轉移過程中引入的污染，還可避免再次升溫過程，提高製作效率。
金屬Ga層12'具有反射性能。由於H
2不與第二半導體層13發生反應，因而本實施例利用缺口131，實現了在第二半導體層13與圖形化襯底10之間製作反射層。
圖5是本發明第一實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖。
參照圖5所示，本實施例的GaN基襯底1，包括：
圖形化襯底10，包括多個凹陷部10a與多個凸起部10b（參照圖2所示）；
位於凹陷部10a的金屬Ga層12'；以及
位於金屬Ga層12'與金屬Ga層12'曝露出的凸起部10b上的第二半導體層13，第二半導體層13的材料為GaN基材料。
襯底10的材料可以為藍寶石、碳化矽、矽、絕緣體上矽（SOI）、鈮酸鋰或金剛石等材料。
第二半導體層13的材料可以為AlN，InN，AlGaN，InGaN，AlInN與AlInGaN中的至少一種。
凹陷部10a與金屬Ga層12'之間，以及凸起部10b與第二半導體層13之間都具有第一成核層11，第一成核層11的材料為AlGaN或AlN。
圖6與圖7是本發明第二實施例的GaN基襯底的製作方法對應的中間結構示意圖。圖8是本發明第二實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖。
參照圖6至圖8所示，實施例二的GaN基襯底2的製作方法與實施例一的GaN基襯底1的製作方法大致相同，區別僅在於：
步驟S1中，參照圖6所示，外延生長第一半導體層12前，在圖形化襯底10上低溫生長第二成核層14，第二成核層14保形地位於圖形化襯底10上。第二成核層14的材料為GaN。
參照圖7所示，外延生長第一半導體層12由於為高溫制程，低溫生長的第二成核層14會受熱再次結晶，凸起弧面上的第二成核層14，尤其是凸起部10b的頂面的第二成核層14會滑落至凹陷部10a的上表面。如此，步驟S2中，參照圖8所示，第二半導體層13先在第一半導體層12上向上外延生長；後橫向癒合在第一半導體層12曝露出的凸起部10b上；之後再整面向上外延生長。
圖9是本發明第三實施例的GaN基襯底的製作方法的流程圖。圖10是圖9中的流程對應的中間結構示意圖。圖11是本發明第三實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖。
參照圖9所示，實施例三的GaN基襯底3的製作方法與實施例一的GaN基襯底1的製作方法大致相同，區別僅在於：
步驟S2'中，參照圖10所示，在溫度大於300℃下，通入氫氣，氫氣與第一半導體層12發生反應，生成金屬Ga層12'：
步驟S3'中，參照圖11所示，在金屬Ga層12'曝露出的凸起部10b上進行外延生長，以形成覆蓋於金屬Ga層12'的整面的第二半導體層13，第二半導體層13的材料為GaN基材料。
具體地，步驟S2'的反應條件可以參照前述實施例的步驟S3的反應條件。
步驟S3'中，由於外延生長第一半導體層12前，在圖形化襯底10上生長第一成核層11，因而，第二半導體層13先在第一成核層11上向上外延生長；後橫向癒合在金屬Ga層12'上；之後再整面向上外延生長。
相應地，參照圖11所示，實施例三的GaN基襯底3與實施例一的GaN基襯底1大致相同。
圖12是本發明第四實施例的GaN基襯底的製作方法對應的中間結構示意圖。圖13是本發明第四實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖。
參照圖12所示，實施例四的GaN基襯底4的製作方法與實施例三的GaN基襯底3的製作方法大致相同，區別僅在於：
步驟S1'中，外延生長第一半導體層12前，在圖形化襯底10上低溫生長第二成核層14，第二成核層14保形地位於圖形化襯底10上。第二成核層14的材料為GaN。
外延生長第一半導體層12由於為高溫制程，低溫生長的第二成核層14會受熱再次結晶，凸起弧面上的第二成核層14，尤其是凸起部10b的頂面的第二成核層14會滑落至凹陷部10a的上表面。如此，步驟S3'中，在金屬Ga層12'曝露出的凸起部10b上生長第三成核層15，第三成核層15的材料為AlGaN或AlN；第二半導體層13先在第三成核層15上向上外延生長；後橫向癒合在金屬Ga層12'上；之後再整面向上外延生長。
第三成核層15可透過在金屬Ga層12'以及金屬Ga層12'曝露出的凸起部10b上整面生長，由於金屬Ga層12'在高溫下為液態，因而第二半導體層13先在凸起部10b上第三成核層15上向上外延生長。
圖14是本發明第五實施例的LED結構的截面結構示意圖。
參照圖14所示，LED結構，包括：
上述任一實施例的GaN基襯底1、2、3、4；
位於GaN基襯底1、2、3、4上的LED發光結構5，LED發光結構5包括第一導電類型的半導體層51、第二導電類型的半導體層52，以及位於第一導電類型的半導體層51與第二導電類型的半導體層52之間的發光層53，第一導電類型與第二導電類型相反。
第一導電類型的半導體層51、發光層53與第二導電類型的半導體層52的材料都可以為Ⅲ-Ⅴ族化合物，例如GaN基材料。
發光層53可以包括單量子井結構、多量子井(MQW)結構、量子線結構和量子點結構中的至少一種。發光層可以包括井層和勢壘層。
參照圖14所示，LED發光結構5發出的光線經金屬Ga層12'反射後，可從LED發光結構5的上表面或側表面出光，減少了光吸收，從而提高了LED發光結構5的出光效率。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為准。
10:圖形化襯底
10a:凹陷部
10b:凸起部
11:第一成核層
12:第一半導體層
13:第二半導體層
131:缺口
12':金屬Ga層
14:第二成核層
15:第三成核層
1,2,3,4:GaN基襯底
5:發光結構
51:第一導電類型的半導體層
52:第二導電類型的半導體層
53:發光層
圖1是本發明第一實施例的GaN基襯底的製作方法的流程圖；
圖2至圖4是圖1中的流程對應的中間結構示意圖；
圖5是本發明第一實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖；
圖6與圖7是本發明第二實施例的GaN基襯底的製作方法對應的中間結構示意圖；
圖8是本發明第二實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖；
圖9是本發明第三實施例的GaN基襯底的製作方法的流程圖；
圖10是圖9中的流程對應的中間結構示意圖；
圖11是本發明第三實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖；
圖12是本發明第四實施例的GaN基襯底的製作方法對應的中間結構示意圖；
圖13是本發明第四實施例的GaN基襯底的截面結構示意圖；
圖14是本發明第五實施例的LED結構的截面結構示意圖。
1:GaN基襯底
10:圖形化襯底
11:第一成核層
12':金屬Ga層
13:第二半導體層
Claims (15)
- 一種GaN基襯底，其特徵在於，包括：圖形化襯底，包括多個凹陷部與多個凸起部；位於所述凹陷部的金屬Ga層；所述金屬Ga層與所述圖形化襯底之間的第一成核層；以及位於所述金屬Ga層與所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上的第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料。
- 如請求項1所述的GaN基襯底，其特徵在於，所述凸起部與所述第二半導體層之間都具有第一成核層。
- 如請求項1所述的GaN基襯底，其特徵在於，所述凸起部與所述第二半導體層之間具有第三成核層。
- 如請求項1所述的GaN基襯底，其特徵在於，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
- 一種LED結構，其特徵在於，包括：請求項1至4中任一項所述的GaN基襯底；位於所述GaN基襯底上的LED發光結構，所述LED發光結構包括第一導電類型的半導體層、第二導電類型的半導體層，以及位於所述第一導電類型的半導體層與所述第二導電類型的半導體層之間的發光層，所述第一導電類型與所述第二導電類型相反。
- 一種GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，包括：提供圖形化襯底，所述圖形化襯底包括多個凹陷部與多個凸起部；在所述凹陷部外延生長第一半導體層；在所述第一半導體層以及所述第一半導體層曝露出的所述凸起部上外延生長第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料，所述第二半導體層的 材料與所述第一半導體層的材料不同；所述第二半導體層內具有缺口，所述缺口在厚度方向上貫穿所述第二半導體層，以曝露所述第一半導體層；在溫度大於300℃下，通入氫氣，所述氫氣經所述缺口(131)與所述第一半導體層(12)發生反應，生成金屬Ga層(12')。
- 如請求項6所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述第二半導體層的材料為AlGaN或AlN。
- 如請求項6所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上生長第一成核層，所述第一成核層保形地位於所述圖形化襯底上；所述第一半導體層與所述第二半導體層外延生長在所述第一成核層上。
- 如請求項6所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上低溫生長第二成核層，所述第二成核層保形地位於所述凹陷部內；所述第一半導體層外延生長在所述第二成核層上，所述第二半導體層先向上外延生長在所述第一半導體層上，後橫向癒合在所述第一半導體層曝露出的所述凸起部上，之後再整面向上外延生長。
- 如請求項6所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
- 一種GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，包括：提供圖形化襯底，所述圖形化襯底包括多個凹陷部與多個凸起部；在所述凹陷部外延生長第一半導體層；在溫度大於300℃下，通入氫氣，所述氫氣與所述第一半導體層發生反應，生成金屬Ga層；在所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上進行外延生長，以形成覆蓋於所述金屬Ga層的整面的第二半導體層，所述第二半導體層的材料為GaN基材料。
- 如請求項11所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述第二半導體層的材料為AlGaN或AlN。
- 如請求項11所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上生長第一成核層，所述第一成核層保形地位於所述圖形化襯底上；所述第一半導體層與所述第二半導體層外延生長在所述第一成核層上。
- 如請求項11所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述外延生長第一半導體層前，在所述圖形化襯底上低溫生長第二成核層，所述第二成核層保形地位於所述凹陷部內，所述第二成核層的材料為GaN；所述第一半導體層外延生長在所述第二成核層上；所述第一半導體層反應生成金屬Ga層後，在所述金屬Ga層曝露出的所述凸起部上生長第三成核層；所述第二半導體層外延生長在所述第三成核層上。
- 如請求項11所述的GaN基襯底的製作方法，其特徵在於，所述圖形化襯底為圖形化的藍寶石襯底。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| WOPCT/CN2020/128186 | 2020-11-11 | ||
| PCT/CN2020/128186 WO2022099519A1 (zh) | 2020-11-11 | 2020-11-11 | LED结构及其GaN基衬底、GaN基衬底的制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202234722A TW202234722A (zh) | 2022-09-01 |
| TWI793848B true TWI793848B (zh) | 2023-02-21 |
Family
ID=81601924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110141631A TWI793848B (zh) | 2020-11-11 | 2021-11-09 | LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230335678A1 (zh) |
| CN (1) | CN116438665A (zh) |
| TW (1) | TWI793848B (zh) |
| WO (1) | WO2022099519A1 (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101410992A (zh) * | 2006-03-31 | 2009-04-15 | 昭和电工株式会社 | GaN系半导体发光元件和灯 |
| US20100068866A1 (en) * | 2008-08-11 | 2010-03-18 | Chia-Lin Yu | III-V Compound Semiconductor Epitaxy From a Non-III-V Substrate |
| US20130277684A1 (en) * | 2010-12-29 | 2013-10-24 | Masahiro Araki | Nitride semiconductor structure, nitride semiconductor light emitting element, nitride semiconductor transistor element, method of manufacturing nitride semiconductor structure, and method of manufacturing nitride semiconductor element |
| TWI476913B (zh) * | 2010-06-18 | 2015-03-11 | Toshiba Kk | 氮化物半導體裝置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3595277B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2004-12-02 | 三菱電線工業株式会社 | ＧａＮ系半導体発光ダイオード |
| TW200921943A (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-16 | Univ Nat Central | Light emitting diode and light source composed of light emitting diode array |
| JP5811009B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2015-11-11 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体 |
-
2020
- 2020-11-11 WO PCT/CN2020/128186 patent/WO2022099519A1/zh active Application Filing
- 2020-11-11 CN CN202080106629.8A patent/CN116438665A/zh active Pending
- 2020-11-11 US US18/026,093 patent/US20230335678A1/en active Pending
-
2021
- 2021-11-09 TW TW110141631A patent/TWI793848B/zh active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101410992A (zh) * | 2006-03-31 | 2009-04-15 | 昭和电工株式会社 | GaN系半导体发光元件和灯 |
| US20100068866A1 (en) * | 2008-08-11 | 2010-03-18 | Chia-Lin Yu | III-V Compound Semiconductor Epitaxy From a Non-III-V Substrate |
| TWI476913B (zh) * | 2010-06-18 | 2015-03-11 | Toshiba Kk | 氮化物半導體裝置 |
| US20130277684A1 (en) * | 2010-12-29 | 2013-10-24 | Masahiro Araki | Nitride semiconductor structure, nitride semiconductor light emitting element, nitride semiconductor transistor element, method of manufacturing nitride semiconductor structure, and method of manufacturing nitride semiconductor element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116438665A (zh) | 2023-07-14 |
| US20230335678A1 (en) | 2023-10-19 |
| TW202234722A (zh) | 2022-09-01 |
| WO2022099519A1 (zh) | 2022-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5697246B2 (ja) | エピタキシャル成長用サセプタ、これを用いたエピタキシャル成長装置およびこれを用いたエピタキシャル成長方法 | |
| TW201331987A (zh) | 複合基材、其製造方法與發光元件 | |
| JP6120204B2 (ja) | エピタキシャルウェハ及びその製造方法、紫外発光デバイス | |
| JP4554803B2 (ja) | 低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた素子 | |
| JP2007227671A (ja) | 発光素子 | |
| US20030183158A1 (en) | Method for making free-standing AlGaN wafer, wafer produced thereby, and associated methods and devices using the wafer | |
| JP5979547B2 (ja) | エピタキシャルウェハ及びその製造方法 | |
| CN106159052A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN115692570A (zh) | 一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的led芯片及其制造方法 | |
| JP2009238772A (ja) | エピタキシャル基板及びエピタキシャル基板の製造方法 | |
| CN106229397B (zh) | 一种发光二极管外延片的生长方法 | |
| JP3667995B2 (ja) | ＧａＮ系量子ドット構造の製造方法およびその用途 | |
| WO2019149095A1 (zh) | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| US20140151714A1 (en) | Gallium nitride substrate and method for fabricating the same | |
| TWI793848B (zh) | LED結構及其GaN基襯底、GaN基襯底的製作方法 | |
| KR20100104997A (ko) | 전위 차단층을 구비하는 질화물 반도체 기판 및 그 제조 방법 | |
| KR20150052246A (ko) | 에피택시얼 웨이퍼 및 그 제조 방법 | |
| CN106887487B (zh) | 一种半导体发光器件及其制备方法 | |
| JP2004096021A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶、その製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャルウェーハ | |
| CN106206869B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
| KR100722818B1 (ko) | 발광 다이오드의 제조 방법 | |
| US11201263B2 (en) | Surface roughening method for light emitting device and light emitting device | |
| US20230053953A1 (en) | Group iii nitride structures and manufacturing methods thereof | |
| KR100834698B1 (ko) | 질화 갈륨 박막 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화갈륨 박막 기판 | |
| KR100765386B1 (ko) | 질화 갈륨계 화합물 반도체 및 이의 제조 방법 |