氮化物底层及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制备领域，具体为一种可以改善表面裂纹的氮化物底层结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]发展深紫外发光二极管，生长高晶格质量且无裂纹的A1N材料是首要克服的关键技术，目前在蓝宝石衬底上使用V/III渐变法(V/III mult1-growth modemodificat1n)、脉冲式 NH3 法(NH3 pulsed flow method)、两步法(two-step method)、三步法(three-step method)以及高低温交替法(low and high temperaturealternat1n)等皆可以得到一定程度的晶格质量且近乎无裂纹的A1N薄膜。
[0003]越来越多的试验结果证实，在蓝宝石衬底上使用派射式(Sputter) A1N材料作为进一步生长氮化物薄膜的缓冲层，可以得到高品质的底层材料，并且对于发光二极管的光输出功率有较大的提升。例如，在蓝宝石衬底上溅射A1N层作为缓冲层，再采用M0CVD生长A1N薄膜于该溅射式A1N缓冲层上，可以大幅降低XRD (102)衍射半波宽。然而，溅射式A1N缓冲层表面非常平整，不会形成不连续的薄膜表面，无法提供应力释放的路径，导致表面裂纹严重。
【发明内容】
[0004]为了解决氮化物薄膜生长在溅射式A1N缓冲层上会出现表面裂纹严重的问题，本发明提供了一种氮化物底层结构，采用具有一开放式条状孔洞的溅射式A1N层作为缓冲层，从而在氮化物薄膜生长于该缓冲层之前提供应力释放的路径，可以提升氮化物底层结构的晶格质量并且改善表面裂纹。
[0005]本发明的技术方案为:氮化物底层结构，从下至上依次包括:衬底，溅射式A1N缓冲层，M0CVD生长的彡X彡1，0彡y彡1 )，其中所述溅射式A1N缓冲层具有平坦的表面，其内部具有条状孔洞，用以提供应力释放的路径。
[0006]优选地，所述孔洞与所述A1N缓冲层的侧壁连通。
[0007]优选地，所述溅射式A1N缓冲层的厚度为1 μπι以下。
[0008]优选地，所述孔洞的深度为0.1-05 μ m，宽度为100~500 μ m。
[0009]本发明同时提供一种氮化物底层的制作方法，包括步骤:1)提供衬底，在其表面上形成条状材料层；2)在所述条状材料层及衬底上溅镀A1N材料层，形成平坦的薄膜；3)从所述衬底端以激光束来回扫描，使所述条状材料层分解，从而形成表面平坦、内部具有条状孔洞的溅射式A1N缓冲层；4)采用M0CVD在所述溅射式A1N缓冲层上形成AlxIni x yGayN层(Ο^Ξχ^Ξ1);其中，所述条状材料层的能隙Ε1、激光束的能隙Ε2和Α1Ν缓冲层的能隙Ε3的关系为:E1 < E2 < E3。
[0010]进一步地，所述步骤3)中还包括:湿法蚀刻去除所述A1N材料层分解后产生的残余物，形成与所述A1N缓冲层的侧壁连通的条状孔洞。
[0011]优选地，所述条状材料层选用氮化镓。
[0012]优选地，所述步骤3)中选用波长为248nm的激光束。
[0013]本发明还提供了另一种氮化物底层的制作方法，包括步骤:1)提供衬底，在其表面上溅镀A1N材料层，形成平坦的薄膜；2)从所述衬底端以激光束来回扫描，使所述A1N材料层内部部分分解，从而形成表面平坦、内部具有条状孔洞的溅射式A1N缓冲层；3)采用M0CVD在所述溅射式A1N缓冲层上形成Alxlni x yGayN层(0彡x彡1，0彡y彡1);其中，所述激光束的能隙E2和A1N缓冲层的能隙E3的关系为:E2 > E3。
[0014]进一步地，所述步骤2)中还包括:湿法蚀刻去除所述A1N材料层分解后产生的残余物，形成与所述A1N缓冲层的侧壁连通的条状孔洞。
[0015]优选地，所述步骤2)中选用波长为193nm的激光束。
[0016]前述氮化物底层结构可应用于发光二极管，特别是深紫外发光二极管。采用前述制作方法可以获得高晶格质量且无裂纹的A1N底层，然后再进行各外延材料层的生长，从而获得高发光效率的发光二极管。
[0017]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0018]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0019]图1为根据本发明实施的一种氮化物底层结构示意图。
[0020]图2为根据本发明实施的一种氮化物发光二极管示意图。
[0021]图3为根据本发明实施的一种制作氮化物底层的流程图。
[0022]图4~8为根据图3所示流程图制作氮化物底层的各个过程结构示意图。
[0023]图9为根据本发明实施的另一种制作氮化物底层的流程图。
【具体实施方式】
[0024]在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表不。
[0025]参看图1，本发明氮化物底层100的一个较佳实施例，包含一衬底110、一采用PVD生长在该衬底110上的溅射式A1N缓冲层120，一采用M0CVD生长的AlxIni x yGayN层140(Ο^Ξχ^Ξl)o其中，衬底110衬底1的选取包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅，其表面结构为平面结构，在本实施例中，选用蓝宝石平片衬底。溅射式A1N缓冲层120具有平坦的上表面120a，内部具有条状孔洞结构130，该条状孔洞130与溅射式A1N缓冲层120的侧壁连通，以释放应力。在本实施例之氮化物底层结构中，保留溅射式A1N缓冲层能够提升后续诸如A1N等氮化物薄膜晶格质量的优点，并导入开放式条状孔洞层以达到应力释放，解决氮化物薄膜表面裂纹问题。
[0026]图2显示了一种生长于上述氮化物底层结构100上的LED结构，至少还包括η型半导体层200、有源层300和p型半导体层400。一般，A1N材料层可允许实现低至约200纳米波长的光发射，特别适用于进行深紫外LED生长。在该实施例中，氮化物底层结构100的Alxlni x yGayN层140选用A1N材料，η型半导体层200、有源层300和ρ型半导体层400形成于Α1Ν底层100上，采用AlGaN材料，可实现波长为210~365nm的高品质紫外LED。
[0027]图3显示了根据本发明实施的一种制作氮化物底层的流程图，其包括步骤S110-140,下面结合图4~8进行说明。
[0028]参看图4，