[发明专利]氮化物半导体基板及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2009年7月17日、申请号为200910160715.2、发明名称为“氮化物半导体结构及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体基板及其制造方法。

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，其特征在于：该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。上述图案化的氮化物半导体柱层，形成于该外延基板上，上述氮化物半导体层，形成于该氮化物半导体柱层上。掩模层则覆盖在该氮化物半导体柱层与该外延基板的表面。上述氮化物半导体柱层包括：多个图案化排列的第一空洞结构以及多个图案化排列的第二空洞结构，位于图案化排列的该多个第一空洞结构之间，其中该多个第二空洞结构为纳米尺寸。

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，其特征在于：该制造方法包括：于外延基板表面形成图案化的氮化物半导体柱层，该氮化物半导体柱层具有多个第一空洞结构以及位于该多个第一空洞结构之间的图案化排列的多个第二空洞结构，其中该多个第二空洞结构为纳米尺寸。于该氮化物半导体柱层的侧壁以及该外延基板表面形成掩模层。以该氮化物半导体柱层为晶种进行侧向外延工艺，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。

图7A为根据本发明的另一种氮化物半导体基板的剖面简图。

图7B为图7A的氮化物半导体基板通过分离工艺而形成氮化物半导体独立基板的示意图。

图8A至图8H为根据本发明的另一种氮化物半导体基板的制造流程剖面图。

图8I为根据本发明的氮化物半导体独立基板的制造流程剖面图。

附图标记说明

100、200、300、400、500、702、800：外延基板

101：氮化层

102：氮化镓纳米柱

104：氮化镓半导体层