TWI834041B - 半導體結構及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種半導體結構及其製備方法，該半導體結構的製備方法包括：在襯底上製備緩衝層；在所述緩衝層上製備掩膜層；圖形化所述掩膜層使所述緩衝層部分暴露；在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一分散式布拉格反射(distributed Bragg reflector，DBR)結構；在所述第一DBR結構上製備發光結構；以及在所述發光結構上製備第二DBR結構。本發明提供的半導體結構的製備方法基於圖形化的掩膜層選擇性地生長第一DBR結構，能夠提高第一DBR結構的生長品質，並且有利於後續發光結構的製備。
Description
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種半導體結構及其製備方法。
寬能隙半導體材料III族氮化物作為第三代半導體材料的典型代表，具有禁頻寬帶大、耐高壓、耐高溫、電子飽和速度和漂移速度高、容易形成高品質異質結構的優異特性，非常適合製造高溫、高頻、大功率電子器件。
諧振腔發光二極體與垂直腔面發射雷射器在內的氮化鎵基諧振腔發光器件通常採用DBR結構，而對於Al(Ga)N/GaN的第一DBR結構，Al(Ga)N與GaN晶格不匹配而產生的應力，會造成裂紋等問題
本發明第一方面提供一種半導體結構的製備方法，包括：在襯底上製備緩衝層；在所述緩衝層上製備掩膜層；圖形化所述掩膜層使所述緩衝層部分暴露；在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構；在所述第一DBR結構上製備發光結構；以及在所述發光結構上製備第二DBR結構。
由此，基於圖形化的掩膜層，可以生長出高品質的第一DBR結構。此外掩膜層的存在，也有利於後續發光結構被選擇性地製備於第一DBR結構上。
可選地，在圖形化所述掩膜層使所述緩衝層部分暴露之後，在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構之前，所述方法還包括：部分刻蝕所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分，以在所述緩衝
層中形成凹槽。
由此，通過繼續刻蝕緩衝層，可以製備更厚的第一DBR結構，從而增加其反射率。
可選地，在所述緩衝層中形成凹槽之後，在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構之前，所述方法還包括：在所述凹槽的側壁上製備掩膜層。
由此，掩膜層可以對凹槽的側壁形成很好的保護，防止後續製備第一DBR結構時，凹槽的側壁上出現寄生生長。
可選地，所述襯底包括矽、藍寶石、氮化鎵、碳化矽。
可選地，所述掩膜層包括氧化矽、氮化矽。
可選地，所述緩衝層、所述第一DBR結構、所述發光結構包括Ⅲ族氮化物材料，所述第二DBR結構包括Ⅲ族氮化物材料、介質材料。
本發明第二方面提供一種半導體結構，包括：襯底；位於所述襯底上的緩衝層；位於所述緩衝層上的圖形化的掩膜層；位於所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上的第一DBR結構；位於所述第一DBR結構之上的發光結構；以及位於所述發光結構之上的第二DBR結構。
可選地，所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層中。
可選地，所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層的部分與所述緩衝層之間設有所述掩膜層。
S1,S2,S3,S4,S5,S6:步驟
100:襯底
110:緩衝層
111:凹槽
120:掩膜層
130:第一DBR結構
140:發光結構
141:第一摻雜層
142:量子阱層
143:第二摻雜層
150:第二DBR結構
圖1a-圖1f是本發明第一實施例的半導體結構的示意圖。
圖2a-圖2c是本發明第二實施例的半導體結構的示意圖。
圖3a-圖3b是本發明第三實施例的半導體結構的示意圖。
下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一
部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的圖式中表示類似項，因此，一旦某一項在一個圖式中被定義，則在隨後的圖式中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本發明的描述中，術語“第一”、“第二”等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明實施例的描述中，將理解的是：當層(或膜)、區域、圖案或結構被稱作在另一襯底、另一層(或膜)、另一區域、另一墊或另一圖案“上”或“下”時，其可以“直接地”或“間接地”在另一襯底、層(或膜)、區域、墊或圖案上，或者還可以存在一個或更多個中間層。已經參照圖式描述了層的這種位置。出於方便或清楚的目的，圖式中所示出的每個層的厚度和尺寸可能被放大、省略或示意性地繪製。此外，元件的尺寸不完全反映實際尺寸。
本發明第一實施例提供一種半導體結構的製造方法，包括步驟S1至步驟S6，以下結合圖1a至圖1e進行說明。
步驟S1，參照圖1a所示，在襯底100上製備緩衝層110。
襯底100包括矽、藍寶石、氮化鎵、碳化矽等，本發明對襯底100的材料種類不作特別限定。緩衝層110包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN等。
步驟S2，參照圖1b所示，在緩衝層110上製備掩膜層120。
掩膜層120包括氧化矽、氮化矽等。
步驟S3，參照圖1c所示，圖形化所述掩膜層120，部分暴露緩衝層110。
步驟S4，參照圖1d所示，在暴露的緩衝層110上製備第一DBR結構130。優選地，第一DBR結構130的高度不超過掩膜層120的高度。
第一DBR結構130包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN交替形成的週期結構。
步驟S5，參照圖1e所示，在第一DBR結構130上製備發光結構140。發光結構140包括第一摻雜層141，量子阱層142，及第二摻雜層143。發光結構140第一摻雜層141可例如為n型摻雜、第二摻雜層143可例如為p型摻雜。
步驟S6，參照圖1f所示，在發光結構140上繼續生長第二DBR結構150。
第二DBR結構150包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN交替形成的週期結構，還可包括介質材料，如Ta2O5、SiO2交替形成的週期結構。
由此，通過上述技術方案，基於圖形化的掩膜層120，選擇性地生長第一DBR結構130，可以很好的釋放壓力，從而生長出高品質的第一DBR結構。此外，掩膜層120的存在，也有利於後續發光結構140被選擇性地製備於第一DBR結構130上。
在本發明第二實施例中，如圖2a所示，在步驟S3之後，部分刻蝕被掩膜層120暴露出的緩衝層110，在緩衝層110中形成凹槽111；然後如圖2b及圖2c所示，在緩衝層110的凹槽111上製備第一DBR結構130；在第一DBR結構130上製備發光結構140；在發光結構140上製備第二DBR結構150。由此，通過進一步刻蝕緩衝層，可以製備更厚的第一DBR結構130，從而增加其反射率。
在本發明第三實施例中，如圖3a-3b所示，在上述第二實施例中所述的“部分刻蝕被掩膜層120暴露出的緩衝層110，在緩衝層110中形成凹槽111”之後，再次製備掩膜層120，使掩膜層120進一步覆蓋凹槽111的側壁，但同時暴露位於凹槽111底部的緩衝層110。由此，掩膜層120可以對凹槽111的側壁形成很好的保護，從而防止後續製備第一DBR結構130時，凹槽111的側壁上出現寄生生長。
本發明的一實施例中還揭示了一種半導體結構，如圖1e所示，所述半導體結構包括襯底100、襯底100上的緩衝層110、緩衝層110上圖形化的掩膜層120、位於緩衝層110被掩膜層120暴露的部分上的第一DBR結構130、位於第一DBR結構130上的發光結構140、以及位於發光
結構140上的第二DBR結構150。發光結構140包括第一摻雜層141、量子阱層142、及第二摻雜層143。優選地，第一DBR結構130的高度不超過掩膜層120的高度。
本實施例提出的半導體結構，基於圖形化的掩膜層120，可以生長出高品質的第一DBR結構130。此外，掩膜層120的存在，也有利於後續發光結構140被選擇性地製備於第一DBR結構130上。
襯底100包括矽、藍寶石、氮化鎵、碳化矽等，本發明對襯底100的材料種類不作特別限定。緩衝層110包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN等。第一DBR結構130包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN交替形成的週期結構。第二DBR結構150包括Ⅲ族氮化物材料，例如GaN、AlGaN交替形成的週期結構，還可包括介質材料，如Ta2O5、SiO2交替形成的週期結構。
在本發明的另一實施例中，如圖2c所示，所述半導體結構中，第一DBR結構130延伸至緩衝層110中。通過進一步刻蝕緩衝層，可以製備更厚的第一DBR結構130，從而增加其反射率。
在本發明的又一實施例中，如圖3b所示，所述半導體結構中，第一DBR結構130的延伸至緩衝層110的部分與緩衝層110的凹槽111的側壁之間設置有掩膜層120。掩膜層120可以對凹槽111的側壁形成很好的保護，防止後續製備第一DBR結構時，凹槽111的側壁出現寄生生長。
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請求項所限定的範圍為准。
100:襯底
110:緩衝層
120:掩膜層
130:第一DBR結構
140:發光結構
141:第一摻雜層
142:量子阱層
143:第二摻雜層
Claims (5)
- 一種半導體結構的製備方法，其特徵在於，包括：在襯底上製備緩衝層；在所述緩衝層上製備掩膜層；圖形化所述掩膜層使所述緩衝層部分暴露；在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構；在所述第一DBR結構上製備發光結構；以及在所述發光結構上製備第二DBR結構；其中，在圖形化所述掩膜層使所述緩衝層部分暴露之後，在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構之前，所述方法還包括：部分刻蝕所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分，以在所述緩衝層中形成凹槽；其中，在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構，包括：在所述緩衝層的所述凹槽上製備所述第一DBR結構，使所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層中，以增加所述第一DBR結構的厚度，從而增加其反射率；其中，在所述緩衝層中形成凹槽之後，在所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上製備第一DBR結構之前，所述方法還包括：在所述凹槽的側壁製備掩膜層，使所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層的部分與所述緩衝層之間設有所述掩膜層。
- 如請求項1所述的半導體結構的製備方法，其特徵在於，所述襯底包括矽、藍寶石、氮化鎵、碳化矽。
- 如請求項1所述的半導體結構的製備方法，其特徵在於，所述掩膜層包括氧化矽、氮化矽。
- 如請求項1所述的半導體結構的製備方法，其特徵在於，所述緩衝層、所述第一DBR結構、所述發光結構包括Ⅲ族氮化物材料，所述第二DBR結構包括Ⅲ族氮化物材料、介質材料。
- 一種半導體結構，其特徵在於，包括： 襯底；位於所述襯底上的緩衝層；位於所述緩衝層上的圖形化的掩膜層；位於所述緩衝層被所述掩膜層暴露的部分上的第一DBR結構；位於所述第一DBR結構之上的發光結構；以及位於所述發光結構上的第二DBR結構；其中，所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層中，以增加所述第一DBR結構的厚度，從而增加其反射率，並且所述第一DBR結構延伸至所述緩衝層的部分與所述緩衝層之間設有所述掩膜層。
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