半导体结构以及制备半导体结构的方法技术

本发明专利技术提出了半导体结构以及制备半导体结构的方法。具体地，该方法包括：(1)提供衬底，所述衬底是由玻璃形成的；以及(2)在所述衬底的上表面通过溅射沉积，形成第一氮化物半导体层，以便获得所述半导体结构，其中，所述第一氮化物半导体层具有晶体择优取向。由此，可以降低制备成本，简化制备工艺，并在玻璃衬底上获得具有晶体择优取向的氮化物半导体结构。具有晶体择优取向的氮化物半导体层有利于诱导后续在其上形成的其他氮化物结构，使其也具有晶体择尤取向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本专利技术涉及半导体结构以及制备半导体结构的方法。
技术介绍
在半导体
，氮化铝、氮化镓等氮化物半导体材料由于具有较为优异的性能，被广泛应用于光电器件的制备。对于太阳能电池或者发光二极管(LED)等器件而言，如利用玻璃作为衬底材料，既可利用玻璃的透光性，又可利用玻璃衬底的低成本特征，因此具有良好的应用前景。然而，对于性能较好的太阳能电池或者LED来说，其中的氮化物半导体材料一般要求为单晶或者晶体取向一致性好的多晶，即其中的晶体具有择优取向。然而，目前基于玻璃衬底制备氮化物半导体材料的半导体技术仍有待改进。
技术实现思路
专利技术人经过深入研究发现，对于含有氮化铝或氮化镓等氮化物半导体材料的半导体结构，为了使氮化物半导体材料形成一定的晶体择优取向，通常需要采用具有一定晶体择优取向的衬底，如硅衬底。而硅衬底不能兼顾太阳能电池或者发光二极管对于透光性的要求，且与玻璃相比，成本较高。专利技术人经过大量实验发现，通过合适的溅射沉积工艺，可以在玻璃上制备出具有晶体择优取向的氮化物半导体薄膜。从而可以降低半导体结构的制备成本，并将其用于制备高性能的太阳能电池、发光二极管等半导体器件。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备半导体结构的方法，该方法采用溅射沉积的方法，通过对溅射条件的控制，能够形成具有晶体择优取向的氮化物半导体层。与利用分子束外延生长技术以及金属有机化学气相沉积技术相比，溅射沉积具有成本低廉、操作简单等优点。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备半导体结构的方法。该方法包括：(1)提供衬底，所述衬底是由玻璃形成的；以及(2)在所述衬底的上表面通过溅射沉积，形成第一氮化物半导体层，以便获得所述半导体结构，其中，所述第一氮化物半导体层具有晶体择优取向。由此，可以降低制备成本，简化制备工艺，并在玻璃衬底上获得具有晶体择优取向的氮化物半导体结构。具有晶体择优取向的氮化物半导体层有利于诱导后续在其上
形成的其他氮化物结构，使其也具有晶体择优取向。根据本专利技术的实施例，步骤(2)进一步包括：通过溅射沉积在所述衬底的上表面形成氮化物混合体，对所述氮化物混合体进行第一退火处理，以便获得所述第一氮化物半导体层。由此，可以进一步简化溅射沉积过程的制备工艺，降低对沉积设备的要求，从而可以进一步降低生产成本。根据本专利技术的实施例，该方法进一步包括：(3)在所述第一氮化物半导体层远离所述衬底的一侧形成的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层具有晶体择优取向。由此，可以利用第一氮化物半导体层的晶体择优取向，提高第二氮化物半导体层的质量。根据本专利技术的实施例，(4)对所述衬底、所述第一氮化物半导体层以及所述第二氮化物半导体层进行第二退火处理。由此，可以通过第二退火处理，进一步提高第一氮化物半导体层和/或第二氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述第一氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一。本领域技术人员可以根据实际需求选择上述材料形成第一氮化物半导体层，由此，可以进一步提高该半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述第二氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一，所述第二氮化物半导体层组成与所述第一氮化物半导体层的组成不相同。由此，可以进一步提高该半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积为磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。利用磁控溅射或者离子束溅射可以较好地控制沉积速率以及沉积的第一氮化物半导体层的晶体结构，从而有利于形成具有晶体择优取向的氮化物半导体层。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积为脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积。由此，可以利用脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积控制沉积的速率，提高获得的第一氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积的溅射速率小于100nm/小时。当溅射速率小于上述数值时，能够显著提高溅射沉积获得的第一氮化物半导体层的结晶质量，进而可以进一步提高该半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述第一退火处理以及第二退火处理的温度分别独立地为600～1200摄氏度。由此，可以进一步提高第一氮化物半导体层以及第二氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，步骤(2)中，所述溅射沉积时衬底温度不小于300摄氏度。由此，可以简便地通过对衬底进行加热，获得具有晶体择优取向的第一氮化物半导体层，从而可以降低沉积步骤对设备的要求，简化制备工艺，降低生产成本。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种半导体结构。根据本专利技术的实施例，该半导体结构包括：衬底，所述衬底是由玻璃形成的；和第一氮化物半导体层，所述第一氮化物半导体层形成在所述衬底的上表面且具有晶体择优取向。具有晶体择优取向的第一氮化物半导体层有利于提高该半导体结构的性能，并且能够诱导其上形成的结构的结晶情况，使其也具有晶体的择优取向，从而有利于后续利用该半导体结构构成太阳能电池或发光二极管等结构。根据本专利技术的实施例，所述第一氮化物半导体层(0002)晶面的XRD衍射峰的半高宽小于5度。控制XRD衍射峰的半高宽有利于提高该第一氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述第一氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一。本领域技术人员可以根据实际需求选择第一氮化物半导体层的具体材料，由此，可以进一步提高该半导体结构的性能。根据本专利技术的实施例，所述半导体结构进一步包括：第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层形成在所述第一氮化物半导体层远离所述衬底的一侧。由此，可以利用具有晶体择优取向的第一氮化物半导体层诱导第二氮化物半导体层的形成，从而可以提高第二氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述第二氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一，所述第二氮化物半导体层组成与所述第一氮化物半导体层的组成不相同。由此，可以进一步提高该半导体器件的性能。根据本专利技术的实施例，所述第一氮化物半导体层是通过溅射沉积形成的。由此，可以在保证第一氮化物半导体层质量的同时，降低制备成本，简化制备工艺。根据本专利技术的实施例，第一氮化物半导体层以及第二氮化物半导体层的至少之一是通过溅射沉积和退火处理形成的。由此，可以进一步简化溅射沉积过程的制备工艺，降低对沉积设备的要求，从而可以进一步降低生产成本。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积为磁控溅射沉积或离子束溅射沉积。利用磁控溅射或者离子束溅射可以较好地控制沉积速率以及沉积形成的晶体结构，从而有利于形成具有晶体择优取向的第一氮化物半导体层。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积为脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积。由此，可以利用脉冲式溅射沉积或者离子束辅助溅射沉积控制沉积的速率，提高获得的第一氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积时衬底温度大于300摄氏度。由此，可以提高第一氮化物半导体层的结晶质量。根据本专利技术的实施例，所述溅射沉积的溅射速率小于100nm/小时。当溅射速率小于上
述数值时，能够显著提高溅射沉积获得的第一氮化物半导体层的结晶质量，进而可以进一步提高该半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备半导体结构的方法，其特征在于，包括：(1)提供衬底，所述衬底是由玻璃形成的；以及(2)在所述衬底的上表面通过溅射沉积，形成第一氮化物半导体层，以便获得所述半导体结构，其中，所述第一氮化物半导体层具有晶体择优取向。

【技术特征摘要】
1.一种制备半导体结构的方法，其特征在于，包括：(1)提供衬底，所述衬底是由玻璃形成的；以及(2)在所述衬底的上表面通过溅射沉积，形成第一氮化物半导体层，以便获得所述半导体结构，其中，所述第一氮化物半导体层具有晶体择优取向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：通过溅射沉积在所述衬底的上表面形成氮化物混合体，对所述氮化物混合体进行第一退火处理，以便获得所述第一氮化物半导体层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括；(3)在所述第一氮化物半导体层远离所述衬底的一侧形成的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层具有晶体择优取向。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括；(4)对所述衬底、所述第一氮化物半导体层以及所述第二氮化物半导体层进行第二退火处理。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二氮化物半导体层含有AlN、GaN、AlGaN以及InGaN的至少之一，所述第二氮化物半导体层组成与所述第一氮化物半导体层的组成不相同。7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述溅射沉积为磁控溅射沉积或离子束溅射沉积；任选地，所述溅射沉积为脉冲式溅射沉积或离子束辅助溅射沉积；任选地，所述溅射沉积的溅射速率小于100nm/小时。8.根据权利要求4述的方法，其特征在于，所述第一退火处理以及所述第二退火处理的温度分别独立地为600～1200摄氏度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子巍，肖磊，王敬，梁仁荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11