本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底、器件結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大。半導(dǎo)體照明的核心是發(fā)光二極管(LED)，從結(jié)構(gòu)上來講LED就是由III-V族化合物，如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)、GaN(氮化鎵)等半導(dǎo)體形成的PN結(jié)。因此，它具有一般PN結(jié)的I-V特性，即正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂舸┨匦浴４送猓谝欢l件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。

為了增加LED的發(fā)光效率一般會(huì)在PN結(jié)的N型層和P型層之間增加一個(gè)量子阱的有源區(qū)，LED的發(fā)光波長(zhǎng)取決于組成LED PN結(jié)和量子阱的材料及量子阱的寬度，GaN基III-V氮化物包括InGaN、AlGaN等是制備可見光LED的最佳材料。LED的具體結(jié)構(gòu)大都是利用外延的手段按照N型層、有源區(qū)、P型層的順序依次生長(zhǎng)在襯底之上。由于沒有廉價(jià)的GaN同質(zhì)襯底，GaN基LED一般生長(zhǎng)在Si、SiC及藍(lán)寶石襯底之上，其中藍(lán)寶石襯底是使用最廣泛的襯底。

在異質(zhì)襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體材料非常困難，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)器件級(jí)的GaN晶體材料更是困難，直到90年代初，日本人利用金屬有機(jī)化合物氣相沉積(MOCVD)開發(fā)出了生長(zhǎng)器件級(jí)GaN外延層的兩步生長(zhǎng)法。所謂的兩步生長(zhǎng)法就是：首先在500℃左右的生長(zhǎng)溫度之下，在藍(lán)寶石襯底表面生長(zhǎng)厚度在30納米左右的GaN或AlGaN的緩沖層(buffer layer)，然后再把生長(zhǎng)溫度提高到大于1000℃，才能生長(zhǎng)出高質(zhì)量的GaN外延層。用這樣的方法制成的器件結(jié)構(gòu)中存在大量的位錯(cuò)，位錯(cuò)密度越高器件的發(fā)光效率越低。

現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的所謂藍(lán)寶石圖形襯底(PSS)技術(shù)，可以減少外延層中的位錯(cuò)密度，提高LED的內(nèi)量子效率，也可以通過PSS圖形的漫散射，提高LED的出光效率。常規(guī)的PSS技術(shù)就是利用光刻工藝和腐蝕工藝在藍(lán)寶石表面形成各種各樣的微觀圖形。比如在(0001)晶向的藍(lán)寶石表面形成具有一定周期性結(jié)構(gòu)的仍然由藍(lán)寶石材料組成的錐形突起，錐形突起之間要保留一定面積的(0001)晶面。由于在錐形突起表面和錐形突起之間的(0001)晶面之間存在一定的選擇性生長(zhǎng)機(jī)理，也就是，進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，在錐形突起之間的(0001)晶面上成核的幾率要比在錐形突起表面上成核的幾率大，錐形突起上面的外延層一般由側(cè)向生長(zhǎng)形成，所以在PSS襯底上進(jìn)行外延生長(zhǎng)具有側(cè)向生長(zhǎng)的效果，能降低外延層中的位錯(cuò)密度，提高使用PSS襯底的LED的內(nèi)量子效率。另一方面PSS襯底表面的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)LED所發(fā)出的光有一定的漫散射效果，能破壞全反射作用，因此PSS襯底還可以提高LED的出光效率。在常規(guī)PSS襯底上生長(zhǎng)LED外延結(jié)構(gòu)，也要用到上面介紹的兩步法。

常規(guī)的PSS技術(shù)還有許多缺陷。首先，由于不管是用濕法還是用干法，藍(lán)寶石的加工難度都非常大，這不但會(huì)影響常規(guī)PSS的產(chǎn)品良率，還會(huì)增加制造成本；其次，由于藍(lán)寶石錐形突起表面和錐形突起之間的(0001)晶面之間的生長(zhǎng)選擇性不是非常明顯，如果錐形突起之間的(0001)晶面的面積太小，在錐形突起的表面也會(huì)成核，而且在錐形突起表面形成的晶核的晶向和在錐形突起之間的(0001)晶面上形成的晶核的晶向不同，容易導(dǎo)致多晶的產(chǎn)生；再次，由于藍(lán)寶石襯底的折射率較高，為1.8左右，即使于其表面形成凸起結(jié)構(gòu)，對(duì)LED所發(fā)出的光的漫散射效果也不是最好，對(duì)出光效率的提升也有很大的限制。

側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)(Epitaxial Lateral Overgrowth，ELO)是在厚度為微米量級(jí)的高品質(zhì)的GaN外延層上形成介質(zhì)掩膜，然后進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)得到位錯(cuò)密度比較低的GaN。所述高品質(zhì)的GaN外延層為單晶結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成本高。而且在介質(zhì)圖形和藍(lán)寶石表面之間厚度大于1微米GaN會(huì)影響漫散射的效果，另外大于1微米GaN還會(huì)影響器件的一致性，和重復(fù)性。

有文章報(bào)道了直接在藍(lán)寶石襯底表面形成半導(dǎo)體介質(zhì)層圖形，進(jìn)行外延生長(zhǎng)，但是工藝窗口很小，沒有量產(chǎn)價(jià)值。

現(xiàn)在也存在在常規(guī)PSS上濺射(Sputter)一層有一定晶向的氮化鋁(AlN)的技術(shù)，與該技術(shù)也有明顯差別，性價(jià)比也比該技術(shù)差。

最近幾年GaN基LED器件的外延結(jié)構(gòu)也有一些發(fā)展，除過基本的n型GaN層、InGaN多量子阱發(fā)光層及p型GaN層之外，為了減小外延結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，提高載流子的注入效率，在InGaN多量子阱發(fā)光層之前通常會(huì)插入InGaN應(yīng)力緩沖層，在InGaN多量子阱發(fā)光層之后還會(huì)插入p型AlGaN電子阻擋層。盡管如此，GaN基LED器件的發(fā)光效率還有很大的提升空間。

因此，提供一種可以有效提高GaN基外延層及LED外延結(jié)構(gòu)晶體質(zhì)量、例如位錯(cuò)密度，并且能改善LED各項(xiàng)性能指標(biāo)、尤其是LED發(fā)光效率的新型圖形襯底與相關(guān)器件的制造方法實(shí)屬必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底、器件結(jié)構(gòu)及制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的GaN基外延層及LED外延結(jié)構(gòu)存在的晶體質(zhì)量不高，各向性能指標(biāo)有待改善的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法包括以下步驟：

1)提供生長(zhǎng)襯底；

2)在所述生長(zhǎng)襯底表面形成氮化物緩沖層；

3)在所述氮化物緩沖層表面形成半導(dǎo)體介質(zhì)層；

4)在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)形成通孔，以將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域；各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)均包括若干個(gè)所述通孔，所述通孔暴露出所述氮化物緩沖層，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層的材料包括SiO₂、SiN或SiON_x中的至少一種。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)區(qū)域的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距為10μm～50μm；各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述通孔的形狀為圓柱形、方柱形或三角柱形；所述通孔的橫向尺寸為0.1μm～10μm，相鄰所述通孔的間距為0.1μm～5μm。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)區(qū)域呈周期性間隔分布，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述通孔呈周期性間隔分布。

本發(fā)明還提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底包括：

生長(zhǎng)襯底；

氮化物緩沖層，位于所述生長(zhǎng)襯底表面；

半導(dǎo)體介質(zhì)層，位于所述氮化物緩沖層表面；所述半導(dǎo)體介質(zhì)層包括若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)均設(shè)有若干個(gè)通孔，所述通孔暴露出所述氮化物緩沖層，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的一種優(yōu)選方案，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層的材料包括SiO₂、SiN或SiON_x中的至少一種。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)區(qū)域的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距為10μm～50μm；各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述通孔的形狀為圓柱形、方柱形或三角柱形；所述通孔的橫向尺寸為0.1μm～10μm，相鄰所述通孔的間距為0.1μm～5μm。

作為本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)區(qū)域呈周期性間隔分布，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述通孔呈周期性間隔分布。

本發(fā)明還提供一種器件結(jié)構(gòu)的制備方法，所述器件結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：

1)采用如上述任一方案中所述的制備方法制備III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底；

2)在所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)形成外延過渡層，所述外延過渡層填滿所述通孔，并覆蓋所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層；

3)在所述外延過渡層表面形成N型外延層；

4)在所述N型外延層表面形成量子阱層；

5)在所述量子阱層表面形成P型外延層；

6)在所述N型外延層表面形成N電極，并在所述P型外延層表面形成P電極。

作為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述外延過渡層為單層結(jié)構(gòu)，包括GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、N型半導(dǎo)體材料層或P型半導(dǎo)體材料層。

作為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述外延過渡層為兩層或多層疊層結(jié)構(gòu)，包括GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、N型半導(dǎo)體材料層或P型半導(dǎo)體材料層中的至少兩種。

本發(fā)明還提供一種器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)包括：

如上述任一方案中所述的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底；

外延過渡層，位于各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，填滿所述通孔并覆蓋所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層；

N型外延層，位于所述外延過渡層表面；

量子阱層，位于所述N型外延層表面；

P型外延層，與所述量子阱層表面；

N電極，位于所述N型外延層表面；

P電極，位于所述P型外延層表面。

作為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述外延過渡層為單層結(jié)構(gòu)，包括GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、N型半導(dǎo)體材料層或P型半導(dǎo)體材料層。

作為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述外延過渡層為兩層或多層疊層結(jié)構(gòu)，包括GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、N型半導(dǎo)體材料層或P型半導(dǎo)體材料層中的至少兩種。

如上所述，本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底、器件結(jié)構(gòu)及制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法通過在半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置通孔，將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距，在所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，由于外延生長(zhǎng)具有選擇性，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距較小，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距較大，生長(zhǎng)的外延層通過側(cè)向生長(zhǎng)會(huì)在所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)連接起來，而各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的外延層則不能通過側(cè)向生長(zhǎng)相連接，從而可以形成多個(gè)獨(dú)立的生長(zhǎng)窗口，進(jìn)而可以減少外延層的應(yīng)力，提高外延晶體的質(zhì)量，避免在其上形成芯片結(jié)構(gòu)后劃片、裂片工藝對(duì)各生長(zhǎng)窗口內(nèi)的外延層的損傷。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法的流程圖。

圖2至圖6顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中提供的器件結(jié)構(gòu)制備方法的流程圖。

圖8至圖13顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中提供的器件結(jié)構(gòu)制備方法各步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

10 生長(zhǎng)沉底

11 氮化物緩沖層

12 半導(dǎo)體介質(zhì)層

121 生長(zhǎng)區(qū)域

13 通孔

14 外延過渡層

15 N型外延層

16 量子阱層

17 P型外延層

18 N電極

19 P電極

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖1～圖13。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法包括以下步驟：

1)提供生長(zhǎng)襯底；

2)在所述生長(zhǎng)襯底表面形成氮化物緩沖層；

3)在所述氮化物緩沖層表面形成半導(dǎo)體介質(zhì)層；

4)在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)形成通孔，以將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域；各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)均包括若干個(gè)所述通孔，所述通孔暴露出所述氮化物緩沖層，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距。

在步驟1)中，請(qǐng)參閱圖1中的S1步驟及圖2，提供生長(zhǎng)襯底10。

作為示例，所述生長(zhǎng)襯底10可以根據(jù)實(shí)際需要選擇，優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)襯底10可以Al₂O₃襯底、SiC襯底Si襯底、ZnO襯底或GaN襯底。

在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖1中的S2步驟及圖3，在所述生長(zhǎng)襯底10表面形成氮化物緩沖層11。

作為示例，所述氮化物緩沖層11可以為Al_xGa_1-xN層，其中，0≤x≤0.5；也可以為BN層；還可以為AlN層，AlN層的晶向?yàn)?0001)晶向。

作為示例，可以采用MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積)、HVPE(氫化物氣相外延)或PVD(物理氣相沉積)工藝在所述生長(zhǎng)襯底10表面形成所述氮化物緩沖層11。

作為示例，所述氮化物緩沖層11的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述氮化物緩沖層11的厚度為50埃～600埃。

在步驟3)中，請(qǐng)參閱圖1中的S3步驟及圖4，在所述氮化物緩沖層11表面形成半導(dǎo)體介質(zhì)層12。

作為示例，可以采用PECVD(等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)、PVD或電子束蒸發(fā)等工藝在所述氮化物緩沖層11表面形成所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12。

作為示例，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料包括SiO₂、SiN或SiON_x中的至少一種；即所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料可以為SiO₂、SiN或SiON_x，也可以為SiO₂及SiN，還可以為SiN及SiON_x，還可以為SiO₂及SiON_x，還可以為SiO₂、SiN及SiON_x。

作為示例，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的厚度可以為0.2μm～3μm。

在步驟4)中，請(qǐng)參閱圖1中的S4步驟及圖5至圖6，其中，圖6為圖5的俯視圖，在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)形成通孔13，以將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域121；各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)均包括若干個(gè)所述通孔13，所述通孔13暴露出所述氮化物緩沖層，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距。

作為示例，采用光刻刻蝕工藝圖形化所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12以在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)形成所述通孔13。

作為示例，所述生長(zhǎng)區(qū)域121的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間由所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12相隔開；相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121的間距為10μm～50μm，即相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的寬度為10μm～50μm。

作為示例，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述通孔13的形狀可以為圓柱形、方柱形或三角柱形；所述通孔13的橫向尺寸為0.1μm～10μm，相鄰所述通孔13的間距為0.1μm～5μm，即相鄰所述通孔13之間的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的寬度為0.1μm～5μm。

作為示例，所述生長(zhǎng)區(qū)域121呈周期性間隔分布，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述通孔13亦呈周期性間隔分布。

本實(shí)施例的制備方法制備的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底通過在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)設(shè)置所述通孔13，將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域121，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距，后續(xù)在所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，由于外延生長(zhǎng)具有選擇性，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距較小，生長(zhǎng)的外延層通過側(cè)向生長(zhǎng)會(huì)在所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)連接起來，而相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距較大，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的外延層則不能通過側(cè)向生長(zhǎng)相連接，從而可以形成多個(gè)獨(dú)立的生長(zhǎng)窗口，進(jìn)而可以減少外延層的應(yīng)力，提高外延晶體的質(zhì)量，避免在其上形成芯片結(jié)構(gòu)后劃片、裂片工藝對(duì)各生長(zhǎng)窗口內(nèi)的外延層的損傷。

實(shí)施例二

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖5及圖6，本發(fā)明還提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底可以由實(shí)施例一中所述的制備方法制備而得到，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底包括：生長(zhǎng)襯底10；氮化物緩沖層11，所述氮化物緩沖層11位于所述生長(zhǎng)襯底10表面；半導(dǎo)體介質(zhì)層12，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12位于所述氮化物緩沖層11表面；所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12包括若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域121，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)均設(shè)有若干個(gè)通孔13，所述通孔13暴露出所述氮化物緩沖層11，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距。

作為示例，所述生長(zhǎng)襯底10可以為Al₂O₃襯底、SiC襯底Si襯底、ZnO襯底或GaN襯底。

作為示例，所述氮化物緩沖層11可以為Al_xGa_1-xN層，其中，0≤x≤0.5；也可以為BN層；還可以為AlN層，AlN層的晶向?yàn)?0001)晶向。

作為示例，所述氮化物緩沖層11的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述氮化物緩沖層11的厚度為50埃～600埃。

作為示例，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料包括SiO₂、SiN或SiON_x中的至少一種；即所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的材料可以為SiO₂、SiN或SiON_x，也可以為SiO₂及SiN，還可以為SiN及SiON_x，還可以為SiO₂及SiON_x，還可以為SiO₂、SiN及SiON_x。

作為示例，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的厚度可以為0.2μm～3μm。

作為示例，所述生長(zhǎng)區(qū)域121的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間由所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12相隔開；相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121的間距為10μm～50μm，即相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的寬度為10μm～50μm。

作為示例，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述通孔13的形狀可以為圓柱形、方柱形或三角柱形；所述通孔13的橫向尺寸為0.1μm～10μm，相鄰所述通孔13的間距為0.1μm～5μm，即相鄰所述通孔13之間的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12的寬度為0.1μm～5μm。

作為示例，所述生長(zhǎng)區(qū)域121呈周期性間隔分布，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述通孔13亦呈周期性間隔分布。

本實(shí)施例的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底通過在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12內(nèi)設(shè)置所述通孔13，將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域121，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距，后續(xù)在所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，由于外延生長(zhǎng)具有選擇性，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距較小，生長(zhǎng)的外延層通過側(cè)向生長(zhǎng)會(huì)在所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)連接起來，而相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距較大，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的外延層則不能通過側(cè)向生長(zhǎng)相連接，從而可以形成多個(gè)獨(dú)立的生長(zhǎng)窗口，進(jìn)而可以減少外延層的應(yīng)力，提高外延晶體的質(zhì)量，避免在其上形成芯片結(jié)構(gòu)后劃片、裂片工藝對(duì)各生長(zhǎng)窗口內(nèi)的外延層的損傷。

實(shí)施例三

請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明還提供一種器件結(jié)構(gòu)的制備方法，所述器件結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：

1)采用實(shí)施例一中所述的制備方法制備III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底；

2)在所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)形成外延過渡層，所述外延過渡層填滿所述通孔，并覆蓋所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層；

3)在所述外延過渡層表面形成N型外延層；

4)在所述N型外延層表面形成量子阱層；

5)在所述量子阱層表面形成P型外延層；

6)在所述N型外延層表面形成N電極，并在所述P型外延層表面形成P電極。

在步驟1)中，請(qǐng)參閱圖7中的S1步驟，采用實(shí)施例一中所述的制備方法制備III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底。

制備所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的具體方法請(qǐng)參閱實(shí)施例一，此處不再累述。

在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖7中的S2步驟及圖8及圖9，在所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)形成外延過渡層14，所述外延過渡層14填滿所述通孔13，并覆蓋所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12。

作為示例，采用MOCVD或HVPE工藝在所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)形成外延過渡層14。由于外延生長(zhǎng)具有選擇性，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的相鄰所述通孔13之間的間距較小，生長(zhǎng)的所述外延過渡層14通過側(cè)向生長(zhǎng)會(huì)在所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)連接起來，而相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域121之間的間距較大，各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述外延過渡層14則不能通過側(cè)向生長(zhǎng)相連接，即形成的所述外延過渡層14與所述生長(zhǎng)區(qū)域121上下對(duì)應(yīng)的周期性間隔分布圖形；各個(gè)獨(dú)立的所述外延過渡層14在后續(xù)器件結(jié)構(gòu)層的生長(zhǎng)過程中可以作為獨(dú)立的生長(zhǎng)窗口在其上進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)層的生長(zhǎng)，進(jìn)而可以減少各層的應(yīng)力，提高外延晶體的質(zhì)量，避免后續(xù)芯片結(jié)構(gòu)后劃片、裂片工藝對(duì)各生長(zhǎng)窗口內(nèi)的各器件結(jié)構(gòu)層的損傷。

作為示例，所述外延過渡層14的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述外延過渡層14的厚度可以為1μm～10μm。

在一示例中，所述外延過渡層14為單層結(jié)構(gòu)，所述外延過渡層14可以為GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、摻Si的N型半導(dǎo)體材料層或摻Mg的P型半導(dǎo)體材料層。

在另一示例中，所述外延過渡層14為兩層或多層疊層結(jié)構(gòu)，所述外延過渡層14可以為GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、摻Si的N型半導(dǎo)體材料層或摻Mg的P型半導(dǎo)體材料層中的至少兩種的疊層結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述外延過渡層14的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述外延過渡層14的間距為10μm～50μm。

在步驟3)中，請(qǐng)參閱圖7中的S3步驟及圖10，在所述外延過渡層14表面形成N型外延層15。

作為示例，可以采用MOCVD工藝在所述外延過渡層14表面形成所述N型外延層15。

在步驟4)中，請(qǐng)參閱圖7中的S4步驟及圖11，在所述N型外延層15表面形成量子阱層16。

作為示例，可以采用MOCVD工藝在所述N型外延層15表面形成所述量子阱層16。

在步驟5)中，請(qǐng)參閱圖7中的S5步驟及圖12，在所述量子阱層16表面形成P型外延層17。

作為示例，可以采用MOCVD工藝在所述量子阱層16表面形成所述P型外延層17。

在步驟6)中，請(qǐng)參閱圖7中的S6步驟及圖13，在所述N型外延層15表面形成N電極18，并在所述P型外延層17表面形成P電極19。

作為示例，在所述N型外延層15表面形成所述N電極18時(shí)，先采用光刻刻蝕工藝去除部分所述量子阱層16及部分所述P型外延層17以暴露出所述N型外延層15形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)，而后再在所述N型外延層15表面形成所述N電極18。當(dāng)然，也可在暴露出所述N型外延層15形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)之后，在所述N型外延層15表面形成所述N電極18的同時(shí)，在所述P型外延層17表面形成所述P電極19。

實(shí)施例四

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖13，本發(fā)明還提供一種器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)可以由實(shí)施例三中所述的制備方法制備而得到，所述器件結(jié)構(gòu)包括：如實(shí)施例二中所述的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底；外延過渡層14，所述外延過渡層14位于各所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)，填滿所述通孔13并覆蓋所述生長(zhǎng)區(qū)域121內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層12；N型外延層15，所述N型外延層15位于所述外延過渡層14表面；量子阱層16，所述量子阱層16位于所述N型外延層15表面；P型外延層17，所述P型外延層17與所述量子阱層表面16；N電極18，所述N電極18位于所述N型外延層15表面；P電極19，所述P電極19位于所述P型外延層17表面。

作為示例，所述外延過渡層14的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述外延過渡層14的厚度可以為1μm～10μm。

在一示例中，所述外延過渡層14為單層結(jié)構(gòu)，所述外延過渡層14可以為GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、摻Si的N型半導(dǎo)體材料層或摻Mg的P型半導(dǎo)體材料層。

在另一示例中，所述外延過渡層14為兩層或多層疊層結(jié)構(gòu)，所述外延過渡層14可以為GaN層、AlGaN層、AlN層、InGaN層、AlInGaN層、摻Si的N型半導(dǎo)體材料層或摻Mg的P型半導(dǎo)體材料層中的至少兩種的疊層結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述外延過渡層14的橫向尺寸為0.01mm～2mm，相鄰所述外延過渡層14的間距為10μm～50μm。

綜上所述，本發(fā)明提供一種III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底、器件結(jié)構(gòu)及制備方法，所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法包括以下步驟：1)提供生長(zhǎng)襯底；2)在所述生長(zhǎng)襯底表面形成氮化物緩沖層；3)在所述氮化物緩沖層表面形成半導(dǎo)體介質(zhì)層；4)在所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)形成通孔，以將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域；各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)均包括若干個(gè)所述通孔，所述通孔暴露出所述氮化物緩沖層，各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距。本發(fā)明的III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底的制備方法通過在半導(dǎo)體介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置通孔，將所述半導(dǎo)體介質(zhì)層分為若干個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距小于相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距，在所述III-V族氮化物生長(zhǎng)用復(fù)合襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，由于外延生長(zhǎng)具有選擇性，且各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的相鄰所述通孔的間距較小，相鄰所述生長(zhǎng)區(qū)域的間距較大，生長(zhǎng)的外延層通過側(cè)向生長(zhǎng)會(huì)在所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)連接起來，而各所述生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的外延層則不能通過側(cè)向生長(zhǎng)相連接，從而可以形成多個(gè)獨(dú)立的生長(zhǎng)窗口，進(jìn)而可以減少外延層的應(yīng)力，提高外延晶體的質(zhì)量，避免在其上形成芯片結(jié)構(gòu)后劃片、裂片工藝對(duì)各生長(zhǎng)窗口內(nèi)的外延層的損傷。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。