[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

现有的蓝光和白光LED产品主要采用的是GaN晶体材料，最常用的工艺是在(0001)面的蓝宝石晶体或(111)面的Si衬底上外延出(0001)晶面的GaN晶体材料来制备LED外延片的有源区发光层。而由于GaN晶体的(0001)面(垂直于c轴方向)是极性的，根据常用的LED器件结构，极性材料会极大地降低发光层的量子效率，从而极大地降低发光效率，采用非极性面的GaN LED器件可以极大地提高量子效率，但是由于晶格的失配等因素，在蓝宝石或Si衬底上外延出的具有非极性的a面或m面的GaN晶体薄膜的位错密度相对于传统的(0001)面的GaN材料高了几个量级，很难应用在大规模生产中。

另外，在半导体器件的制备工艺中通常需要在衬底上制备某种特定晶面以形成特殊的立体结构，而传统的微加工工艺采取在晶片衬底上涂布平面的光刻胶，通过光学曝光把平面的图形转移到光刻胶掩膜上，然后再进行刻蚀得到所需要的孔、槽等结构，但这些基于平面图形的工艺无法制备出特殊的立体结构，即使是利用湿法腐蚀的各向异性特性也仅能得到某些极其特殊的晶面，如Si(111)面，而无法在任意衬底上制备出任意的晶面，如Si(337)、(5512)、(113)、(211)、(100)面等。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。特别是提供一种衬底上具有非极性面或半极性面的半导体结构及其形成方法，以解决采用极性材料制备LED外延片的有源区发光层而导致发光效率降低的问题，并且提供一种在衬底上形成任意晶面以制备出特殊立体结构的方法。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种半导体结构，包括：衬底；和形成在所述衬底顶面的多个锯齿结构，所述锯齿结构具有第一长边和第一短边，所述两个相邻的锯齿结构的第一长边与第一短边相邻，且所述第一长边限定有所述锯齿结构的第一表面，所述短边限定有所述锯齿结构的第二表面，其中，所述第一表面为生长化合物半导体材料的生长面，所述第二表面覆盖有掩膜材料以阻挡所述化合物半导体材料在所述第二表面的生长。

在本发明的一个实施例中，所述锯齿结构为多孔结构，且所述多孔结构的表面为经过氢退火形成的平面。

在本发明的一个实施例中，所述多个锯齿结构通过纳米压印形成。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为硅衬底，且所述衬底表面的晶面为{110}、{111}、{001}、{211}、{311}、{337}、{5512}晶面族中的一个晶面，所述第一表面的晶面为{111}、{110}晶面族中的一个晶面。以使根据该实施例的半导体结构适用于制备LED外延片的有源区发光层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底，且所述衬底表面的晶面为晶面族中的一个晶面，所述第一表面的晶面为(0001)晶面，或者，所述衬底表面的晶面为晶面族中的一个晶面，所述第一表面的晶面为晶面族中的一个晶面。以使根据该实施例的半导体结构适用于制备LED外延片的有源区发光层。

本发明另一方面提供一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供模具，其中，所述模具具有与多个锯齿结构相匹配的图形，其中，所述锯齿结构具有第一长边和第一短边，所述两个相邻的锯齿结构的第一长边与第一短边相邻，且所述第一长边限定有所述锯齿结构的第一表面，所述第一短边限定有所述锯齿结构的第二表面；提供衬底，在所述衬底之上形成感光或热感应材料层；将所述感光或热感应材料层与所述模具压合以使所述感光或热感应材料层填充至所述模具的图形之中；进行照射或加热以对所述感光或热感应材料层进行定型以在所述衬底顶部形成具有图形的掩膜层；对所述具有图形的掩膜层和所述衬底进行刻蚀以形成多个锯齿结构；在所述第二表面上覆盖掩膜材料；以及将所述第一表面作为生长面，在所述第一表面上生长化合物半导体材料。