[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，特别地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晶体材料来制作发光层。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，材料中的极性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形成有与原衬底晶面成一定角度的多个小生长表面的半导体结构，在该半导体结构上制备非极性或半极性的LED器件，可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；和多个凸起，所述多个凸起形成在所述衬底的顶面上，所述多个凸起沿所述衬底的纵向排列，所述每个凸起具有顶面、位于所述衬底的顶面上的底面、彼此平行的第一端面和第二端面、和彼此平行的前侧面和后侧面，每个所述凸起的第一端面和后侧面为三角形，每个所述凸起的第二端面和前侧面为梯形，每个所述凸起的顶面和底面为四边形，每个所述凸起的第二端面与后侧面的交线以及该凸起的第一端面与前侧面的交线均短于该凸起的第二端面与前侧面的交线，所述多个凸起的顶面彼此平行，所述多个凸起的前侧面彼此平行，相邻两个凸起中一个凸起的后侧面与另一个凸起的前侧面在同一平面上以便所述多个凸起在所述衬底的顶面上构成锯齿状结构。

在本发明的一个实施例中，所述多个凸起包括第一凸起和第二凸起，所述第一凸起沿所述衬底的纵向排列成第一排，所述第二凸起沿所述衬底的纵向排列成第二排且与所述第一凸起在所述衬底的横向上一一对应，每个所述第二凸起的第一端面与对应的一个第一凸起的第二端面在同一平面上。并且，所述第一凸起和第二凸起在所述衬底表面呈阵列排布。

在本发明的一个实施例中，所述凸起与所述衬底由相同的材料形成。

在本发明的一个实施例中，所述凸起具有多孔结构。

在本发明的一个实施例中，每个所述凸起的顶面和前侧面中的至少一个为在含有氢的气氛中退火形成的平面。

在本发明的一个实施例中，所述凸起通过纳米压印工艺形成。

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，所述凸起的顶面的晶面为{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，所述凸起的顶面的晶面为(0001)晶面，或者，所述衬底表面的晶面为晶面族中的一个晶面，所述凸起的顶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，所述模具具有与所述半导体结构的锯齿状结构匹配的图形；提供衬底，在所述衬底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在所述衬底上形成所述锯齿状结构。