[发明专利]氮化物半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体结构及其制造方法。

背景技术

近年来发光二极管(LED)和激光(LD)广泛的被应用在市场上，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灯泡光源亮且省电，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。

在氮化镓半导体发光元件的制造过程中，由于氮化镓半导体层与外延基板之间的晶格常数与热膨胀系数的差异，容易造成氮化镓半导体于外延过程中产生穿透位错与热应力，因而影响发光元件的发光效率。

已知在分离氮化镓半导体层与外延基板的方法包括利用光照法，使激光光穿透基板照射基板与氮化镓半导体层之间的界面，来达到分离氮化镓半导体层与外延基板的目的。另外，也可以利用湿式蚀刻法直接移除基板与氮化镓半导体层之间的阻障结构(barrier structure)来达到弱化氮化镓半导体层与外延基板之间的连结结构，进而分离氮化镓半导体层与外延基板。除此之外，还可以利用于高温下进行气相蚀刻直接移除氮化镓半导体层与外延基板之间的界面层，达到分离氮化镓半导体层与外延基板的目的。

例如美国专利US 6,582,986就披露了一种利用悬空外延(pendeo-epitaxy)的方式形成氮化镓半导体层的方法。这种方法适用于碳化硅基板这类易于蚀刻的材料，而且在外延基板与氮化镓半导体层之间当作晶种的缓冲层易有应力集中的状况。

PCT专利公开WO2007/107757则披露了一种利用调整外延参数的方式，如图1所示，直接于外延基板100表面进行外延(epitaxy)，以于氮化层101上形成氮化镓纳米柱(GaN nanocolumn)102。之后，以氮化镓纳米柱102为晶种，进行侧向外延成长而形成厚膜氮化镓半导体层104，再进行降温工艺使氮化镓半导体层104与外延基板100界面裂开(crack)之后，然后施以机械力让氮化镓半导体层104与外延基板100分离出氮化镓厚膜。

发明内容

本发明一实施例提出一种氮化物半导体基板，包括外延基板、氮化物柱层、氮化物半导体层以及掩模层，其中氮化物柱层包括图案化排列的第一柱与图案化排列的第二柱。上述氮化物柱层是形成于外延基板上，其中每个第二柱的横截面宽度小于每个第一柱的横截面宽度，且各个第二柱之间的距离大于各个第一柱之间的距离。掩模层则覆盖在第一柱、第二柱与外延基板的表面。上述氮化物半导体层形成于氮化物柱层上。

本发明另一实施例提出一种氮化物半导体基板的制造方法，包括于外延基板表面形成多个图案化排列的第一柱，再于外延基板表面形成一层掩模层覆盖第一柱的侧壁与部分顶面。然后，在第一柱上形成多个图案化排列的第二柱，其中每一第二柱的横截面宽度小于每一第一柱的横截面宽度，且各个第二柱之间的距离大于各个第一柱之间的距离。接着，透过第二柱进行侧向外延工艺，以形成氮化物半导体层。

本发明的再一实施例提出一种氮化物半导体基板，包括外延基板、图案化的氮化物半导体柱层、氮化物半导体层以及掩模层。上述氮化物半导体柱层包括数个图案化排列的第一空洞结构以及形成于第一空洞结构间的数个图案化排列的第二空洞结构，其中第二空洞结构为纳米尺寸。氮化物半导体柱层是形成于外延基板上，而氮化物半导体层是形成于氮化物半导体柱层上。掩模层则覆盖在氮化物半导体柱层与外延基板的表面。

本发明的又一实施例提出一种氮化物半导体基板的制造方法，包括于外延基板表面形成图案化的氮化物半导体柱层，其具有数个图案化排列的第一空洞结构以及位于第一空洞结构之间的图案化排列的数个第二空洞结构，其中上述第二空洞结构为纳米尺寸。接着，在氮化物半导体柱层的侧壁以及外延基板表面形成掩模层，再以氮化物半导体柱层为晶种进行侧向外延工艺(epitaxial lateral over growth，ELOG)，以形成氮化物半导体层。

为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为已知的一种氮化物半导体基板的剖面简图。

图2为根据本发明的第一实施例的一种氮化物半导体基板的剖面简图。

图3为根据本发明的第二实施例的一种氮化物半导体基板的剖面简图。

图4A至图4I为根据本发明的第三实施例的一种氮化物半导体基板的制造流程剖面图。

图5A至图5H为根据本发明的第四实施例的一种氮化物半导体基板的制造流程剖面图。

图6A和图6B为根据本发明的第三实施例和第四实施例作出的雏型样品的SEM照片。