圖形化襯底、制備方法及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種降低晶體缺陷的圖形化襯底、制備方法及發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在主流LED都是利用圖形化襯底來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)，一方面其表面的圖形為后期氮化鎵外延層的生長(zhǎng)提供多種生長(zhǎng)晶相的選擇，使氮化鎵外延層由傳統(tǒng)的二維生長(zhǎng)變?yōu)槿S生長(zhǎng)，從而有效地降低氮化鎵基LED材料中的位錯(cuò)密度，避免裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而提高LED的內(nèi)量子發(fā)光效率；另一方面，由于陣列圖形結(jié)構(gòu)增加了光的散射，改變了 LED的光學(xué)線路，形成漫反射，進(jìn)而提升光提取效率。但因目前廣泛使用的藍(lán)寶石襯底和氮化鎵基材料層存在較大晶格失配，形核及生長(zhǎng)困難，而為了克服形核難的問(wèn)題，有人提出將襯底置于100tC左右熱處理后，再生長(zhǎng)一層質(zhì)量較差的低溫緩沖層，然后轉(zhuǎn)入高溫條件生長(zhǎng)高質(zhì)量的氮化鎵基外延層。由于此過(guò)程中存在高低溫轉(zhuǎn)換，降低了 MOCVD機(jī)臺(tái)的使用效率；同時(shí)不同層間溫差大導(dǎo)致不同層間的應(yīng)力增加，從而影響晶體性能。
[0003]因此又有人提出在圖形化襯底表面沉積一層氮化鋁層，減小襯底與氮化鎵基外延層層之間的晶格差異，而目前常用工藝是將圖形化襯底置于PVD腔室，沉積氮化鋁層于襯底表面，而由于常使用的藍(lán)寶石襯底與氮化鋁層晶格失配較小，故氮化鋁層不僅覆蓋于圖形化襯底的凸起間隙表面，同時(shí)也覆蓋于所述凸起的側(cè)面和頂面平臺(tái)，當(dāng)再將此襯底置于化學(xué)氣相沉積腔室中生長(zhǎng)氮化鎵基緩沖層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體元件時(shí)，所述凸起側(cè)面和間隙表面出現(xiàn)嚴(yán)重的外延層競(jìng)相生長(zhǎng)，從而造成緩沖層表面不平整，位錯(cuò)缺陷增加；而位錯(cuò)線會(huì)沿著晶體生長(zhǎng)方向延伸到發(fā)光區(qū)，影響器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種圖形化襯底、制備方法及發(fā)光二極管，通過(guò)在具有復(fù)數(shù)個(gè)均勻分布的凸起的襯底表面沉積介質(zhì)層，利用介質(zhì)層的非晶體特性，使得PVD法沉積于凸起表面的氮化鋁層為非晶態(tài)，而覆蓋于相鄰?fù)蛊痖g隙表面的氮化鋁層為由微小晶粒組成的多晶態(tài)。隨后該襯底應(yīng)用于MOCVD法沉積外延層形成發(fā)光二極管時(shí)，利用在凸起間隙表面的多晶態(tài)氮化鋁層更易生長(zhǎng)氮化鎵基外延層，而非晶態(tài)氮化鋁層不易生長(zhǎng)的特性，使外延層選擇性生長(zhǎng)于凸起間隙表面的氮化鋁層表面，而凸起表面難于生長(zhǎng)，減小襯底圖形側(cè)面氮化鎵基外延層生長(zhǎng)幾率，降低側(cè)向生長(zhǎng)氮化鎵基外延層與平整表面正向生長(zhǎng)氮化鎵基外延層合并時(shí)的晶格缺陷密度，提升最終形成的半導(dǎo)體元件的性能；同時(shí)，由于抑制了側(cè)向氮化鎵基外延層的生長(zhǎng)，使正向生長(zhǎng)的氮化鎵基外延層更易合并成一個(gè)平整表面，提升外延層的晶體質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:圖形化襯底，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，其中第一表面均勻分布有復(fù)數(shù)個(gè)凸起，所述各個(gè)凸起之間具有間隙，其中，所述凸起表面沉積有介質(zhì)層，所述凸起間隙的表面無(wú)所述介質(zhì)層；所述介質(zhì)層的表面及所述凸起間隙的表面沉積有氮化鋁層，所述介質(zhì)層表面的氮化鋁層抑制圖形化襯底表面的側(cè)向外延生長(zhǎng)。
[0006]優(yōu)選的，所述凸起間隙表面的氮化鋁層比所述介質(zhì)層表面的氮化鋁層更易于生長(zhǎng)氮化鎵基材料。
[0007]優(yōu)選的，所述凸起表面上的氮化鋁層為非晶態(tài)層，所述凸起間隙表面上的氮化鋁層為由微小晶粒組成的多晶態(tài)層。
[0008]優(yōu)選的，所述相鄰?fù)蛊痖g距為50nm~5000nm。
[0009]優(yōu)選的，所述介質(zhì)層厚度為lnm~200 nm。
[0010]優(yōu)選的，所述氮化招層厚度為lnm~200 nm。
[0011]同時(shí)，本發(fā)明提出一種圖形化襯底的制備方法，包括如下步驟:
51、提供一具有平坦表面的襯底，于所述平坦表面制備復(fù)數(shù)個(gè)均勻分布的凸起，各個(gè)凸起之間具有間隙；
52、在經(jīng)過(guò)上述處理的襯底表面上形成介質(zhì)層，其僅覆蓋在所述凸起的表面上，未覆蓋所述凸起間隙的表面；
53、于所述介質(zhì)層的表面上和所述凸起間隙的表面上沉積氮化鋁層，構(gòu)成圖形化襯底，所述介質(zhì)層表面的氮化鋁層抑制圖形化襯底表面的側(cè)向外延生長(zhǎng)，降低外延層正向生長(zhǎng)合并時(shí)的晶體缺陷。
[0012]而所述步驟S2通過(guò)下面方法形成:
在經(jīng)過(guò)步驟SI處理的襯底表面上形成介質(zhì)層，其覆蓋所述凸起的表面及所述凸起間隙的表面；
在所述介質(zhì)層表面涂布光阻，利用刻蝕技術(shù)去除所述凸起間隙表面的光阻和介質(zhì)層，保留所述凸起表面的光阻和介質(zhì)層；
去除所述凸起表面的光阻，形成凸起表面具有介質(zhì)層、而凸起間隙表面無(wú)介質(zhì)層的襯底。
[0013]優(yōu)選的，所述介質(zhì)層厚度為lnm~200nm。
[0014]優(yōu)選的，所述氮化招層厚度為lnm~200nm。
[0015]此外，本發(fā)明提供的發(fā)光二極管，包括圖形化襯底和形成于所述圖形化襯底上的發(fā)光外延疊層，所述圖形化襯底具有相對(duì)的第一表面和第二表面，其中第一表面均勻分布有復(fù)數(shù)個(gè)凸起，所述各個(gè)凸起之間具有間隙，所述凸起表面沉積有介質(zhì)層，所述凸起間隙的表面無(wú)所述介質(zhì)層；所述介質(zhì)層的表面及所述凸起間隙表面沉積有氮化鋁層，所述介質(zhì)層表面的氮化鋁層抑制圖形化襯底表面的側(cè)向外延生長(zhǎng)。
[0016]優(yōu)選的，所述凸起表面上的氮化鋁層為非晶態(tài)層，所述凸起間隙表面上的氮化鋁層為由微小晶粒組成的多晶態(tài)層。
[0017]優(yōu)選的，所述發(fā)光外延疊層選擇性生長(zhǎng)于所述凸起間隙表面上的氮化鋁層。
[0018]本發(fā)明至少具有以下有益效果:
本發(fā)明通過(guò)在圖形化襯底的凸起表面沉積介質(zhì)層、而凸起間隙表面不沉積介質(zhì)層，由于介質(zhì)層的非晶態(tài)特性，使得PVD法沉積于凸起表面的氮化鋁層為非晶態(tài)，而覆蓋于凸起間隙非介質(zhì)層表面的氮化鋁層為由微小晶粒組成的多晶態(tài)。隨后該襯底應(yīng)用于MOCVD法沉積外延層時(shí)，利用在凸起間隙表面的多晶態(tài)氮化鋁層更易生長(zhǎng)氮化鎵基外延層，而凸起表面的非晶態(tài)氮化鋁層不易生長(zhǎng)的特性，使外延層選擇性生長(zhǎng)于凸起間隙表面的氮化鋁層表面，而凸起表面不易生長(zhǎng)外延層，減小側(cè)面氮化鎵基外延層生長(zhǎng)幾率，降低側(cè)向生長(zhǎng)氮化鎵基外延層與平整表面正向生長(zhǎng)的氮化鎵基外延層合并時(shí)的晶格缺陷密度，提升最終形成的半導(dǎo)體元件的性能；同時(shí)，由于抑制了側(cè)向氮化鎵基外延層生長(zhǎng)，使正向生長(zhǎng)的氮化鎵基外延層更容易合并成一個(gè)平整表面，提升外延層的晶體質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一之圖形化襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例一之具有平坦表面的襯底示意圖。
[0022]圖2b為本發(fā)明實(shí)施例一之具有復(fù)數(shù)個(gè)凸起的圖形化襯底示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一之沉積介質(zhì)層后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4a為本發(fā)明實(shí)施例一之涂布光阻后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4b為本發(fā)明實(shí)施例一之去除凸起間隙面介質(zhì)層后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一之去除掩膜層后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為為本發(fā)明實(shí)施例一之沉積氮化鋁層后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7為本發(fā)明實(shí)施例一之外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二之圖形化襯底示意圖。
[0030]圖9為本發(fā)明實(shí)施例二之沉積氮化鋁層后襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:10’.平坦襯底；10.圖形化襯底；11.凸起；111.凸起間隙表面；112.凸起側(cè)面；113.凸起頂面平臺(tái)；20.介質(zhì)層；21.凸起間隙表面介質(zhì)層；22.凸起側(cè)面介質(zhì)層；23.凸起頂面平臺(tái)介質(zhì)層；30.光阻；31.凸起間隙表面光阻；32.凸起側(cè)面光阻；40.氮化鋁層；41.凸起間隙表面氮化鋁層；42.凸起側(cè)面氮化鋁層；43.凸起頂面平臺(tái)氮化鋁層；50.緩沖層；60.N型半導(dǎo)體層；70.發(fā)光層；80.P型半導(dǎo)體層。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例1
參看附圖1，本發(fā)明提供的圖形化襯底10，所述圖形化襯底10具有相對(duì)的第一表面和第二表面，其中第一表面均勻其表面均勻分布有復(fù)數(shù)個(gè)