氮化物半导体基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种氮化物半导体基板及其制造方法。所述方法包括：提供基板，之后于基板上形成外延层。于外延层上形成图案化掩模层，其中图案化掩模层裸露部分外延层。接着，进行氧化工艺以使裸露的部分外延层完全氧化成多个错位阻挡结构。移除图案化掩模层。接着，于具有错位阻挡结构的外延层上形成氮化物半导体层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三五族半导体基板及其制造方法，特别地，涉及氮化物半导 体基板及其制造方法。
技术介绍
近年来，发光二极管(LED)和激光二极管(LD)广泛地被应用在市场上， 例如以氮化镓(GaN)制成的蓝光与黄色荧光粉组合可以获得白光，不只是在 亮度上或用电量方面皆比之前的传统泡光源亮且省电，可以大幅降低用电 量。此外，发光二极管的寿命约在数万小时以上，寿命比传统灯泡长。从红光、绿光、蓝光到紫外光的发光二极管在目前市面上主要的元件大 多数的产品是由氮化镓系列的化合物为主，但由于氧化铝基板(sapphire)本身 与氮化镓的晶格常数(lattice constant)、热膨胀系数及化学性质的差异，所以 在异质基板(例如是硅基板、碳化硅基板或是氧化铝基板)上生长的氮化镓层 会有许多的线缺陷、错位，且这些错位会随着生长的氮化镓层的厚度增加而 延伸，也就是形成穿透错位。而此类缺陷影响紫外光的发光二极管及氮化镓 系列的激光性能和使用寿命。为了降低穿透位错，公知发展出数种基板结构。图l示出公知的一种三 族氮化物基板的剖面简图。请参照图1,基板100上有GaN緩沖层102，而 GaN緩冲层102上配置数个阻挡图案104，由阻挡图案104之间所棵露的 GaN緩沖层上生长半导体层106，也就是GaN外延层，并包覆阻挡图案104。 此种基板结构是利用阻挡图案截断部份错位，以使位于阻挡图案之上的部份 GaN外延层不会产生穿透错位。然而，阻挡图案104是利用进行至少一次微 影蚀刻工艺所形成，且需要应用真空设备进行制造，因此步骤复杂且成本较 高。图2示出公知的另一种三族氮化物基板的剖面简图。请参照图2，在基 板200上形成緩沖层202与籽晶层204，之后于基板200中形成穿透緩沖层 202与籽晶层204的沟槽206，也就是将緩冲层202与籽晶层204图案化成条状或点状结构。利用异质结构的选择性侧向生长法，称之为悬外延(Pendeo-epitaxy， PE)，使GaN外延层只在条形籽晶层204的侧壁上悬空侧 向生长，然后覆盖在条状的籽晶层204上，用以阻止部份垂直方向的穿透错 位。与图1所述的阻挡图案104相似，穿透緩沖层202与籽晶层204的沟槽 206必需经由进行至少一次微影蚀刻工艺所形成，且需要应用真空设备进行 制造，因此同样的制造步骤较为复杂且成本较高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的就是提供一种氮化物半导体基板的制造方法且可降 低制造成本。本专利技术的再一 目的是提供一种氮化物半导体基板的制造方法且可以简 化工艺步骤。本专利技术的又一目的是提供一种氮化物半导体基板且可以降低氮化物半 导体层的错位密度。本专利技术提出一种氮化物半导体基板的制造方法。该方法包括提供基板， 之后于该基板上形成外延层。于该外延层上形成图案化掩模层，其中该图案 化掩模层棵露部份外延层。接着，进行氧化工艺以使棵露的部分外延层完全 氧化成多个错位阻挡结构。移除该图案化掩模层。接着，于具有错位阻挡结 构的外延层上形成氮化物半导体层。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中该基 板的材质选自由硅、碳化径、氧化铝、蓝宝石、氧化锌与氧化镁所组成的组 中。在此情况下，外延层包括氮化物外延材料层。而上述氮化物外延材料层 的材质选自由氮化镓、氮化铟、氮化铝、氮化铟镓、氮化镓铝、氮化铟铝与 氮化铟镓铝所组成的组中。另外，当基板的材质与外延层的材质如上所述时， 氧化工艺包括使用电解溶液。其中，电解溶液的pH酸碱值约为3~10。另夕卜， 氧化工艺还包括进行高能量光照步骤，且高能量光照步骤包括使用紫外光 线。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中该基 板的材质选自由砷化镓、磷化镓、磷化砷镓、砷化镓铝、其它砷化物以及磷 化物所组成的组中。于此情况下，外延层的材料选自由含铝的砷化物外延材 料与含铝含镓的砷化物外延材料所组成的组中，其中，含铝含镓的砷化物外延材料中铝原子数量比铝原子与镓原子的总数量的比例约大于0.8。当基板 与外延层的材质如上所述，则氧化工艺包括湿式氧化法，而湿式氧化法包括 于含有水蒸气的环境下，且于温度约为200 600。C中进行。本专利技术还提供一种氮化物半导体基板的制造方法。该方法包括提供基 板，其中该基板上有外延层。于该外延层上形成图案化掩模层，其中该图案 化掩模层棵露部份该外延层。之后，进行氧化工艺部分氧化该棵露的部分外 延层成为多个错位阻挡结构，其中该些错位阻挡结构位于该外延层中。移除 该图案化掩模层。最后，形成氮化物半导体层覆盖该外延层。板的材质选自由硅、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氧化锌与氧化镁所组成的组 中。当基板的材质如上所述，则外延层包括氮化物外延材料层，且该氮化物 外延材料层的材质选自由氮化镓、氮化铟、氮化铝、氮化铟镓、氮化镓铝、 氮化铟铝与氮化铟镓铝所组成的组中。当基板与外延层的材质如上所述，氧 化工艺包括使用电解溶液，且该电解溶液的pH酸碱值约为3 10。此外，氧 化工艺还包括进行高能量光照步骤。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中该基 板的材质选自由砷化镓、磷化镓、磷化砷镓、碎化镓铝、其它砷化物以及磷 化物所组成的组中。当基板的材质如上所述时，则外延层的材料选自由含铝 的砷化物外延材料与含铝含镓的砷化物外延材料所组成的组中，且该含铝含 镓的砷化物外延材料中铝原子数量比铝原子与镓原子的总数量的比例约大 于0.8。当基板与外延层的材质如上所述时，则氧化工艺包括湿式氧化法， 且该湿式氧化法包括在含有水蒸气的环境下，且于温度约为200 60(TC中进 行。本专利技术还提供一种氮化物半导体基板，此氮化物半导体基板包括基板、 氮化物半导体层、数个阻挡结构以及外延层。该氮化物半导体层位于该基板 上方，而该阻挡结构位于该基板与该氮化物半导体层之间。该外延层则填满 于该阻挡结构之间。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板，其中该基板的材质选 自由硅、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氧化锌与氧化镁所组成的组中。当基板 的材质如上所述时，则外延层包括氮化物外延材料层，且该氮化物外延材料 层的材质选自由氮化镓、氮化铟、氮化铝、氮化铟镓、氮化镓铝、氮化铟铝与氮化铟镓铝所组成的组中。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板，其中该基板的材质选 自由砷化镓、磷化镓、磷化砷镓、砷化镓铝、其它砷化物以及磷化物所组成 的组中。当基板的材质如上所述时，则外延层的材料选自由含铝的砷化物外 延材料与含铝含镓的砷化物外延材料所组成的组中，且该含铝含镓的砷化物外延材料中铝原子数量比铝原子与镓原子的总数量的比例约大于0.8。依照本专利技术较佳实施例所述的氮化物半导体基板，其中该阻挡结构的材 质选自由氧化铝与氧化镓所组成的组中。由于错位阻挡结构/阻挡结构的氧化物多孔隙性质，因此氮化物半导体层 不会外延于错位阻挡结构/阻挡结构上，而只会外延于外延层的表面上，并且 侧向生长，因此可以阻绝氮化物半导体层中的部份穿透错位，以降低所生长 的氮化物半导体层中的穿透错位密度。另外，利用氧化工艺技术，将基板上 的外延层直接氧化形成错位阻挡结构/阻挡结构。相比于公知的应用蚀刻方法 形成阻挡图案或是沟槽可以降低制造成本。为使本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体基板的制造方法，包括：提供基板；在该基板上形成外延层；在该外延层上形成图案化掩模层，其中该图案化掩模层裸露部份该外延层；进行氧化工艺以使所述裸露的部分外延层完全氧化成多个错位阻挡结构； 移除该图案化掩模层；以及在具有所述错位阻挡结构的所述外延层上形成氮化物半导体层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赖志铭，蔡政达，刘文岳，郭义德，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]