[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造及设计技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

近年来，发光二极管(light emitting diode，LED)以其寿命长、发光效率高、体积小、坚固耐用、颜色丰富，被广泛应用于显示屏、背光源、特种照明等领域。LED的核心是LED外延片，其主要结构包括：衬底、缓冲层、N型半导体层、有源区发光层、电子阻挡层、P型半导体层。作为LED外延片核心的有源区发光层介于N型半导体层与P型半导体层之间，使P型半导体层和N型半导体层的界面构成的PN结。由于衬底和膜层不同的热膨胀系数，以及淀积方法的制约，因此致使了在膜层生长后，会由于热失配而在膜层内会产生内应力，例如对于LED领域的Al₂O₃(蓝宝石)衬底来说，在Al₂O₃衬底生长的GaN外延片就会产生拉应力，再例如如果在SiC衬底生长的GaN外延片会产生压应力。然而蓝宝石衬底非常昂贵，而且晶圆不易做大，因此导致目前的LED非常昂贵。由于Si材料便宜，工艺成熟，且有大直径晶圆，因此，目前出现了很多基于Si材料的应用，如光电、微波等应用需要用到不同的材料，如GaN等。

但是，Si和这些III-V族材料存在很大的晶格失配与热应力失配，晶格失配引起位错，热应力失配在较大外延厚度时会引起薄膜龟裂(Crack)，外延出来的薄膜质量不佳，因此限制了薄膜的厚度。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出了一种半导体结构及其形成方法。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种半导体结构，包括：第一半导体材料衬底；形成在所述第一半导体材料衬底顶层之上的第一多孔结构层；形成在所述第一多孔结构层之上的第二多孔结构层，其中，所述第二多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径；形成在所述第二多孔结构层之上的图形化结构层；和形成在所述图形化结构层之上的第二半导体材料层。在本发明的一个实施例中，所述第一半导体材料衬底包括Si、低Ge组分SiGe或其组合。

在本发明的一个实施例中，所述第一多孔结构层和第二多孔结构层为多孔硅结构层或者多孔锗硅结构层。

在本发明的一个实施例中，还包括：形成在所述第一多孔结构层和所述第一半导体材料衬底之间的第三多孔结构层，其中，所述第三多孔结构层为多孔硅结构层或者多孔锗硅结构层，且所述第三多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径。

在本发明的一个实施例中，在所述第三多孔结构层和所述第一多孔结构层之间进行切割剥离。

在本发明的一个实施例中，所述第一多孔结构层中包括多个第一区域和间隔在所述两个第一区域之间的第二区域，其中，所述第一区域的孔隙率及孔径均大于所述第二区域的孔隙率及孔径。

在本发明的一个实施例中，所述第一多孔结构层中的孔隙率是渐变的，且从所述第一多孔结构层中与所述第一半导体材料衬底的界面处向所述第一多孔结构层与所述第二多孔结构层的界面处逐渐提高。

在本发明的一个实施例中，所述第二半导体材料层包括III-V族化合物半导体材料。

本发明另一方面还提出了一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供第一半导体材料衬底；在所述第一半导体材料衬底顶层之上形成第一多孔结构层和第二多孔结构层，其中，所述第二多孔结构层中的孔隙率和孔径均小于所述第一多孔结构层中的孔隙率和孔径；在所述第二多孔结构层之上形成图形化结构层；和在所述图形化结构层之上形成第二半导体材料层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底包括Si、低Ge组分SiGe或其组合。

在本发明的一个实施例中，所述在第一半导体材料衬底顶层之上形成第一多孔结构层和第二多孔结构层进一步包括：对所述第一半导体材料衬底进行阳极氧化，同时向所述第一半导体材料衬底施加脉冲形式的阳极电流以在所述第一半导体材料衬底的顶部形成第一多孔结构层和第二多孔结构层，其中，所述第一多孔结构层和第二多孔结构层为多孔硅结构层或者多孔锗硅结构层。

在本发明的一个实施例中，在进行阳极氧化之前还包括：对所述第一半导体材料衬底进行注入以形成注入层，所述注入层在阳极氧化后形成所述第一多孔结构层。

在本发明的一个实施例中，所述在第一半导体材料衬底顶层之上形成第一多孔结构层和第二多孔结构层进一步包括：对所述第一半导体材料衬底进行阳极氧化以形成第一多孔结构层；对所述第一多孔结构层进行退火以在所述第一多孔结构层的顶部形成第二多孔结构层。