[发明专利]一种复合衬底、半导体器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种复合衬底、半导体器件结构及其制备方法，所述复合衬底包括：生长衬底；外延缓冲层，位于所述生长衬底上表面；凸起结构，呈周期性间隔分布于所述外延缓冲层上表面；所述凸起结构为半导体介质膜层；图形化保护层，位于所述凸起结构与所述外延缓冲层之间，且位于所述凸起结构的正下方。本发明的保护层起到对外延缓冲层保护的作用，使得外延缓冲层不会受到干法刻蚀工艺中刻蚀气体或聚合物的污染，使得在外延缓冲层表面再次外延生长外延层更加容易，生长工艺窗口更大，可工艺化量产。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种复合衬底、半导体器件结构及其制备方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等优点，其应用领域正在迅速扩大。尤其近几年，随着研发力度的加大和资金的投入，LED发光效率和品质得到大幅度的提升，LED更是得到深入的应用。

LED产业经过多年的研究和发展，一致认为生长衬底技术是GaN基材料及器件的核心。目前主流的衬底技术路线是蓝宝石技术路线、Si衬底技术路线、SiC衬底技术路线、GaN同质衬底技术，以及最新突破的复合衬底技术路线，几种技术中以蓝宝石技术路线最为成熟，且几种技术路线中各有优劣和有些还存在技术难点，其目的都是为了提高LED发光效率和品质。

最新的图形衬底有以下几种：1、在蓝宝石衬底表面或其他常规衬底表面制作SiO₂膜层结构的微观图形；2、在蓝宝石衬底表面或其他常规衬底表面制作DBR膜层结构的微观图形；3、首先在生长衬底上面沉积外延缓冲层，之后在缓冲层上制作SiO₂、Si₃N₄或DBR膜层结构的微观图形。1、2两种方法都存在一个共同的问题，那就是后续外延生长困难，如果低温生长的话，SiO₂膜层或DBR膜层表面会沉积多晶，外延晶体质量差，如果高温生长的话，蓝宝石衬底表面沉积不了GaN或多晶，这样导致外延生长工艺条件及其苛刻，没法量产。第3种方法也有些难度：首先是SiO₂膜层结构微观图形的制作，如果用湿法刻蚀SiO₂图形，其图形尺寸会受到限制，只能做大，不能做小，否则不能够批量生产；更别说做到纳米级；如果用干法刻蚀SiO₂图形，缓冲层的表面会受到刻蚀气体的污染，造成后续外延生长困难，甚至沉积不了，条件苛刻，外延层晶体质量也提高不大，其次是单纯的SiO₂膜层结构对光的反射效果有限，对亮度提升有限。上述各方案中均由于存在诸多问题无法实现量产。

对于LED更高应用的要求，衬底技术还需提升和挖掘。因此，不断的挖掘衬底技术来有效提高GaN基外延层及LED外延结构晶体质量，改善LED各项性能指标实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合衬底、半导体器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中的GaN基外延层及LED外延结构存在的晶体质量不高，各向性能指标有待改善的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合衬底的制备方法，所述复合衬底的制备方法包括以下步骤：

1)提供生长衬底；

2)在所述生长衬底上表面形成外延缓冲层；

3)在所述外延缓冲层上表面形成保护层；

4)在所述保护层上表面形成半导体介质膜层；

5)采用光刻及干法刻蚀工艺将所述半导体介质膜层图形化，以在所述保护层上表面形成周期性间隔分布的凸起结构；所述凸起结构之间暴露出部分所述保护层；

6)采用湿法刻蚀工艺将所述保护层图形化，以去除暴露的所述保护层。

作为本发明的复合衬底的制备方法的一种优选方案，所述保护层包括金属层或/和金属氧化物层。