半導體結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]現有藍、綠光發光二極管(LED)大都在c面藍寶石圖形襯底(Patterned SapphireSubstrate，PSS)上進行生長，藍寶石圖形襯底一般為密排圓錐形狀。如圖1所示，一般地，首先在PSS上生長n-GaN層，然后在n-GaN層上生長InGaN超晶格結構，以在外延表面形成若干V形坑，然后生長InGaN量子阱。在n-GaN平整表面生長得到的量子阱為c面量子阱，而在V形坑的側壁得到的是半極性量子阱。一般地，由于V形坑的面積占比不大，發光以c面量子阱為主。而后再生長P-AlGaN電子阻擋層和p-GaN歐姆接觸層，填滿V形坑并獲得平整的外延表面。
[0003]另一方面，傳統的c面InGaN量子阱存在很強的極化電場，導致嚴重的量子限制斯塔克效應(QCSE)，造成電子和空穴的波函數空間分離，復合效率下降。而在半極性面襯底上生長的LED可以緩解或規避極化電場的影響。對于發光波長較長的黃綠光、黃光和紅光GaN基LED，半極性面量子阱有源區可以獲得更高的效率。目前生長半極性面LED的方法主要有以下兩種:一種是在半極性的藍寶石或GaN同質襯底上進行生長;還有一種是在n-GaN外延表面制作掩膜材料，通過選區生長獲得含有半極性面的棱錐，然后再生長InGaN量子阱和P型區，如圖2所示。
[0004]上述技術方案存在以下缺陷:
[0005]1、對于一般的藍、綠光LED，通過InGaN超晶格形成V形坑的方法必須依賴下面的穿透位錯，而位錯是生長過程中自發產生的，其分布存在隨機性。且位錯的密度有限，產生的V形坑也有限。
[0006]2、對于半極性面LED，如果是在藍寶石襯底上生長，得到的材料層錯很多，晶體質量不好;如果是在半極性的GaN同質襯底上生長，這種半極性的襯底目前只能提供很小的面積，不適合工業化生產;如果是采用掩膜選取生長，工藝復雜、制作周期長、成品率低。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種半導體結構，包括:襯底，該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分;緩沖層，位于襯底上表面的平面部分上;n-GaN層，位于緩沖層和襯底上表面的突起部分上，所述n-GaN層的上表面包括平整表面和V形坑。
[0008]本發明還提供了一種制造半導體結構的方法，包括:提供襯底，該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分;在襯底上表面的平面部分上形成緩沖層;在800-1000°C的溫度下，在位于緩沖層和襯底上表面的突起部分上生長n-GaN層，所述n-GaN層的上表面包括平整表面和V形坑。
【附圖說明】
[0009]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中:
[0010]圖1是根據現有技術的藍寶石圖形襯底上生長的GaN基LED的結構示意圖。
[0011 ]圖2是根據另一現有技術的藍寶石圖形襯底上生長的GaN基LED的結構示意圖。
[0012]圖3a?3d是根據本發明實施例在藍寶石圖形襯底上生長GaN基LED的過程示意圖。
【具體實施方式】
[0013]根據結合附圖對本發明示例性實施例的以下詳細描述，本發明的其它方面、優勢和突出特征對于本領域技術人員將變得顯而易見。
[0014]在本發明中，術語“包括”和“含有”及其派生詞意為包括而非限制；術語“或”是包含性的，意為和/或。
[0015]在本說明書中，下述用于描述本發明原理的各種實施例只是說明，不應該以任何方式解釋為限制發明的范圍。參照附圖的下述描述用于幫助全面理解由權利要求及其等同物限定的本發明的示例性實施例。下述描述包括多種具體細節來幫助理解，但這些細節應認為僅僅是示例性的。因此，本領域普通技術人員應認識到，在不背離本發明的范圍和精神的情況下，可以對本文中描述的實施例進行多種改變和修改。
[0016]本發明提供了一種在襯底上生長GaN基LED的方法，可以在襯底形成圖形化的n-GaN外延表面，包括c平面和V形坑，V形坑側壁為半極性面，通過溫度和生長時間可以調節c平面和V形坑的面積占比大小。然后，在此圖形化的n-GaN外延表面上可以外延出不同面積占比的c面InGaN量子阱和半極性面InGaN量子阱，最后再通過P型電子阻擋層和p-GaN的外延獲得平整的表面。該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分。
[0017]該襯底的上表面包括平面部分和具有傾斜表面的突起部分。根據本發明的實施例，該襯底可以是c平面密排圓錐形藍寶石圖形襯底。或者，該襯底的突起部分可以是具有三角形截面的棱柱，且棱柱的一個側面與襯底的平面部分共面。該襯底的突起部分可以為微米量級，該量級也是現有技術常用的量級。但是，本發明的實施例也可以應用于突起部分為十納米量級或百納米量級的襯底，實現更小圖形尺寸的LED器件。
[0018]圖3a?3d是根據本發明實施例在藍寶石圖形襯底上生長GaN基LED的過程示意圖。
[0019]如圖3a所示，提供c平面密排圓錐形藍寶石圖形襯底100，該襯底的上表面包括平面部分和圓錐面部分。使用1000-1200°C氫氣高溫清洗襯底表面。然后，500-550°C生長低溫緩沖材料(例如不摻雜GaN)10-50nm并在800-1000°C退火重結晶，在襯底的上表面的平面部分形成低溫緩沖層200。
[0020]然后，如圖3b所示，800-1000°C生長n-GaN層300，即可在對應藍寶石襯底圓錐的頂端處形成V形坑。隨著生長時間越來越長，V形坑越來越大。在800-1000°C生長n-GaN層300—段時間之后，將生長溫度提高至1000-1100°C繼續生長n-GaN層300，可使V形坑逐漸變小，直至所需大小。因此，通過控制n-GaN層300在800-1000°C的生長時間和在1000-1100°C的生長時間，可以得到具有所需厚度和V形坑大小的n-GaN層300。
[0021]接下來，如圖3c所示，在n-GaN層300上生長InGaN量子阱層400，即可獲得面積占比不同的c面量子阱和半極性面量子阱。在n-GaN層300的平整表面生長得到的量子阱為c面量子阱，而在V形坑的側壁得到的是半極性面量子阱。
[0022]最后，如圖3(1所示，在InGaN量子阱層400上生長p-AlGaN電子阻擋層和p-GaN歐姆接觸層500，并進行平面化，得到GaN基LED外延片。
[0023]通過這一方法可以獲得以下不同類型的LED結構，包括:
[0024](I)c面InGaN量子阱面積占比遠大于半極性面InGaN量子阱，此時發光主要來自c面InGaN量子阱，而V型坑中的半極性面量子阱發光可忽略。V型坑中的半極性面量子阱起增強空穴注入的作用。
[0025]對于這種結構，現有技術方法必須在InGaN超晶格結構上形成V型坑，而本發明則不需要InGaN超晶格結構。
[0026](2)c面InGaN量子阱面積占比遠小于半極性面InGaN量子阱，此時發光主要來自于半極性面InGaN量子阱，c面InGaN量子阱發光可忽略。此方法可用于制作半極性面LED，其量子阱面積更大，量子限制斯塔克效應(QCSE)更小，對于抑制Droop效應和提高效率很有幫助，尤其是波長較長的可見光LED，如黃綠光、黃光