[发明专利]半导体结构与制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体结构与制造方法，特别涉及一种m-plane氮化镓磊晶层的结构与制造方法。

背景技术

以氮化镓为基的装置，特别是发光二极管(LEDs)，对能源效益以及环境保护具有强大的推动力。近来，发光二极管是制造在氮化镓磊晶层之上，特别是在c-plane蓝宝石基板上。在经济市场上，由于低成本与大规模的晶圆供应以及c-plane蓝宝石基板的可取得性，以氮化镓为基的发光二极管具有量产的潜能。

由于受限量子斯塔克效应(quantum-confined stark effect，QCSE)，主要的极性c-plane氮化镓磊晶层会受到偏极化的内部电场所影响。如此，将造成量子井(quantum well)内电子和电洞的波函数分离以及造成发光效率的减少。

另一方面，以非极性氮化镓为基的发光二极管已被证实其优于经由受限量子斯塔克效应所制造的以c-plane氮化镓为基的发光二极管。非极性氮化镓磊晶层可在m-plane碳化硅、a-plane碳化硅、γ偏铝酸锂以及m-plane蓝宝石上成长。惟晶格不匹配(lattice mismatch)以及热膨胀系数的关系，非极性氮化镓经由X光摇摆曲线(X-ray rocking curve，XRC)测量，其结晶质量往往超过500角秒(arcsec)。

为改善上述问题，将非极性氮化镓成形在a-plane蓝宝石或r-plane蓝宝石上，并已证明其X光摇摆曲线(X-ray rocking curve，XRC)的半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)为约400角秒。然而，方均根(root-mean square，rms)表面粗糙度将大于1纳米。根据现今的制造需求，方均根表面粗糙度须小于±0.5纳米。

有鉴于此，本发明提供一种半导体结构与制造方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种半导体结构。半导体结构包含有一c-plane蓝宝石基板、一纳米结构以及一m-plane(10-10)氮化镓磊晶层。纳米结构形成在c-plane蓝宝石基板上，m-plane(10-10)氮化镓磊晶层形成在c-plane蓝宝石基板的纳米结构上。

其中，纳米结构为完全覆盖c-plane蓝宝石基板的表面。此外，纳米结构为一具有n-plane(11-23)表面的锯齿状结构。锯齿状结构的间距介于50纳米至350纳米之间。

此外，c-plane蓝宝石基板具有一结晶面(crystal surface)，结晶面相对于c轴方向具有一介于-5度至+5度的倾斜角。m-plane(10-10)氮化镓磊晶层利用一低压金属有机化学气相沉积制程(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)，以形成在c-plane蓝宝石基板的纳米结构上。

本发明的另一目的在于提供一种半导体结构的制造方法。半导体结构的制造方法包含有下列步骤：(S1)备制一c-plane蓝宝石基板；(S2)在c-plane蓝宝石基板上形成一纳米结构；(S3)在c-plane蓝宝石基板的纳米结构上形成一m-plane(10-10)氮化镓磊晶层。

其中，纳米结构为完全覆盖c-plane蓝宝石基板的表面。此外，纳米结构为一具有n-plane(11-23)表面的锯齿状结构。锯齿状结构的间距介于50纳米至350纳米之间。

此外，c-plane蓝宝石基板具有一结晶面，结晶面相对于c轴方向具有一介于-5度至+5度的倾斜角。m-plane(10-10)氮化镓磊晶层利用一低压金属有机化学气相沉积制程，以形成在c-plane蓝宝石基板的纳米结构上。

相较于现有技术，本发明所提供的半导体结构与制作方法其X光摇摆曲线(X-ray rocking curve，XRC)的半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)为316角秒(arcsec)。此外，本发明所提供的半导体结构与制作方法的方均根(root-mean square，rms)表面粗糙度为0.3纳米，亦满足于现今方均根表面粗糙度须小于±0.5纳米的制造需求。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为绘示根据本发明的一具体实施例的半导体结构的剖面图。

图2A为绘示根据本发明的一具体实施例的半导体结构的纳米结构的剖面图。