衬底结构、其形成方法以及使用其制造氮化物半导体的方法技术

提供了一种衬底结构、一种形成衬底结构的方法、使用衬底结构的半导体层叠结构、一种形成半导体层叠结构的方法、以及使用其制造氮化物半导体的方法，所述衬底结构不仅能够在氮化物半导体层生长期间减少作用在氮化物半导体上的应力，还能够形成高质量氮化物半导体层，并且促进了氮化物半导体层与衬底的分离。根据本公开所述的衬底结构包括：与氮化物半导体异质的单晶衬底；和无机薄膜，所述无机薄膜包括腿部，所述腿部构造用于接触衬底以在腿部和衬底之间限定集成空腔，以及从腿部平行于衬底延伸的上表面部，所述无机薄膜以与所述衬底相同的晶体结构结晶。

Substrate structure, method of forming the same, and method for manufacturing nitride semiconductor using the same

Provides a substrate structure and a forming method, substrate structure using a substrate structure of semiconductor stacked structure, a method of forming a semiconductor stacked structure and method of manufacturing nitride semiconductor using the same, the substrate structure can not only reduce the stress in the nitride semiconductor on the nitride semiconductor layer during growth also, capable of forming high quality nitride semiconductor layer, and promote the separation of the nitride semiconductor layer and the substrate. According to the disclosure of the structure includes a substrate and nitride semiconductor crystal substrate: heterogeneity; and inorganic films, the inorganic films including the legs, the leg structure for contacting the substrate to define a cavity between the legs and the integrated substrate, and from the leg extending parallel to the substrate on the surface of inorganic thin film with the crystal structure of the same crystal substrate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衬底结构、其形成方法以及使用其制造氮化物半导体的方法
本公开涉及由氮化镓(GaN)或镓和另一金属的混合氮化物制成的半导体层及形成其的方法。本公开还涉及包括这种层的电子器件或光电器件、氮化物半导体衬底及制造其的方法。本公开的
可以广泛地定义为用于形成具有小的晶体缺陷的高质量氮化物半导体层的衬底结构及形成其的方法。
技术介绍
由氮化镓等制成的氮化物半导体器件通常包括LED。基于用于小型家用电器或便携式通信装置(例如移动电话)的键盘或液晶显示器(LCD)的背光单元的低输出LED，LED市场已经增大。近来，随着对用于内部照明、外部照明、车辆内部或外部照明以及大型LCD的背光单元的高输出高效光源的需求增加，LED也向高输出产品转变。在使用氮化物半导体的器件中，最常使用例如蓝宝石衬底、碳化硅(SiC)衬底和硅衬底的“异质”衬底用于氮化物半导体层的生长。然而，由于这些异质衬底材料与氮化物相比具有不匹配的晶格常数和不同的热膨胀系数，所以生长在异质衬底上的氮化物半导体层包含大量的晶体缺陷，例如位错。这种缺陷成为使LED性能劣化的主要因素。蓝宝石衬底具有比氮化物半导体层更大的热膨胀系数，因此，如果氮化物半导体层在高温下生长并然后冷却，则压缩应力施加到氮化物半导体层。硅衬底具有比氮化物半导体层更小的热膨胀系数，因此如果氮化物半导体层在高温下生长并然后冷却，则拉伸应力施加到氮化物半导体层。因此，衬底被弯曲，而为了防止衬底弯曲，衬底应当具有大的厚度。使用厚的衬底只会减少表面现象，但不会降低薄膜的应力。如果可以减小薄膜的应力，则可以有利地使用薄的衬底。此外，为了在制成LED之后分离芯片，应该以大约100μm的余量磨削衬底。在这种配置中，如果可以使用薄衬底，则在LED生产方面将具有巨大的利润。如果需要，生长在异质衬底上的氮化物半导体层应当与异质衬底分离。为此，已经提出了激光剥离作为现有技术。然而，即使使用激光剥离方法，由于蓝宝石衬底和氮化物半导体之间的热膨胀系数的差异，衬底可能弯曲并且半导体层可能被损坏。此外，由于由激光束引起的冲击，在外延层可能容易产生例如裂纹的缺陷，此外，外延层易碎，从而导致不稳定的工艺。激光剥离方法伴随有氮化物半导体的热变形或机械变形和分解。这导致生长的薄膜的损失，并且在能量方面也是低效的。此外，LED最严重的问题是发光效率低。通常，发光效率由光产生效率(内部量子效率)、器件外的发光效率(外部光提取效率)和磷光体的光放大效率决定。为了提高LED的输出，考虑到内部量子效率来提高有源层的特性是重要的，并且提高实际产生的光的外部光提取效率也是重要的。通过在蓝宝石衬底上形成图案而制备的图案化蓝宝石衬底(PSS)在本领域中已知为通过减少在氮化物半导体层的生长时产生的缺陷来增加内部量子效率，并且还通过减少内部全反射来增加外部光提取效率。图1图示出使用现有的PSS生长氮化物半导体层的情况。参考图1(a)，在现有的PSS10中，氮化物半导体层20开始在衬底的底部上生长，并且借助于外延横向过生长(ELO)生长以覆盖PSS透镜15的上部。因此，如图1(b)所示，可以获得在位错区域之间具有低位错密度的最终氮化物半导体层25。如果氮化物半导体层由GaN制成，则GaN在1100℃以下生长。在该温度下，如图1(a)所示，GaN通常由于具有强的各向异性的生长模式而只在底部上生长，因此，如图1(b)所示，在发生ELO的区域中位错密度减小，从而提高晶体质量。然而，如果氮化物半导体层由AlN制成，则不能获得上述效果。AlN在1300℃以上(高于GaN的生长温度)生长。在该温度下，应用具有强各向同性性质的生长模式。因此，参考1(c)，AlN30不仅在PSS10的底部上而且在透镜15的表面上积极生长。因此，AlN外延层很可能在底部完全填充之前融合，因此，如图1(d)所示，在AlN外延层35中产生空隙40。空隙40使晶体质量劣化。由于上述问题，不容易应用PSS以生长AlN外延层，因此晶体质量劣化。此外，由于AlN的生长温度比GaN的生长温度高100℃以上，因此AlN更加严重地受到由热膨胀系数、衬底弯曲等引起的应力的影响。因此，需要一种具有高可靠性的分离衬底的方法，或者能够获得氮化物半导体(例如高质量氮化物半导体衬底、氮化物半导体器件和氮化物半导体层)的方法，而与材料的种类无关。
技术实现思路
技术问题本公开设计用于解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种衬底结构及形成衬底结构的方法、使用衬底结构的半导体层叠结构及形成半导体层叠结构的方法、以及使用其制造氮化物半导体的方法，其中高质量氮化物半导体层可以通过在氮化物半导体层的生长时以降低的应力施加到氮化物半导体层来形成，并且还容易与衬底分离。技术方案在本公开的一个方面，提供了一种衬底结构，包括：与氮化物半导体异质的单晶衬底；以及结晶化无机薄膜，其具有腿部，所述腿部构造用于接触所述衬底以在所述腿部与所述衬底之间限定集成空腔，以及从所述腿部平行于所述衬底延伸的上表面，所述结晶化无机薄膜具有与衬底相同的晶体结构。腿部可以具有中空管形状。在一个实施方式中，可以设置多个腿部，并且上表面可以连续地形成为从多个腿部延伸。空腔所占面积可以大于腿部所占面积。在本公开的另一方面，提供了一种半导体层叠结构，除了衬底结构的构造之外，还包括在无机薄膜上形成的氮化物半导体层。氮化物半导体层可以是具有两层或更多层的膜。即使衬底和氮化物半导体层具有不同的热膨胀系数，由于借助于氮化物半导体层压缩或拉长集成空腔，所以施加到氮化物半导体层的应力也会减小。在本公开的另一方面，提供了一种用于形成衬底结构的方法，包括：在与氮化物半导体异质的单晶衬底上形成孔型牺牲层图案；以及在所述牺牲层图案上形成无机薄膜。从其上形成有无机薄膜的衬底去除牺牲层图案，从而形成由衬底和无机薄膜限定的集成空腔。之后，使无机薄膜结晶成与衬底相同的晶体结构。牺牲层图案可以以多种方式形成。在将光致抗蚀剂涂覆在衬底上之后，可以通过光刻法形成牺牲层。在其它情况下，在将纳米压印树脂涂覆在衬底上之后，可以通过纳米压印方法形成牺牲层。无机薄膜可以在牺牲层图案不会变形的温度范围内形成。无机薄膜可以通过ALD形成。此外，牺牲层图案可以通过在氧气环境下的热处理或使用有机溶剂的湿去除法来去除。空腔是去除牺牲层图案并因此不存在的空间。在根据本公开的形成衬底层叠结构的方法中，可以通过使用本公开的衬底结构或在形成根据上述方法的衬底结构之后，在结晶化无机薄膜上形成氮化物半导体层。在用于制造高质量氮化物半导体层或包括其的器件或衬底的实施方式中，可以通过在根据本公开的半导体层叠结构制造方法所得的产品或根据本公开的半导体层叠结构中将衬底和氮化物半导体层彼此分离，来制造的氮化物半导体(例如垂直型或水平型LED转移或转送到任何衬底的LED)或氮化物半导体(例如自支撑氮化物半导体衬底)。如果使用根据本公开衬底结构、制造衬底结构的方法、使用其制造氮化物半导体的方法，则可以制造紫外光检测器、弹性表面波(SAW)器件、LED、LD、微波电子设备等，其可以扩展到使用这些器件的模块、系统等。此外，可以制造自支撑氮化物半导体衬底。其它实施方式的细节包括在详细说明书和附图中。有益效果根据本公开，衬底结构包括限定集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底结构，其包括：与氮化物半导体异质的单晶衬底；和结晶化无机薄膜，所述结晶化无机薄膜具有：腿部，所述腿部构造用于接触所述衬底以在所述腿部和所述衬底之间限定集成空腔；以及从所述腿部平行于所述衬底延伸的上表面，所述结晶化无机薄膜具有与所述衬底相同的晶体结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.14 KR 10-2014-00883721.一种衬底结构，其包括：与氮化物半导体异质的单晶衬底；和结晶化无机薄膜，所述结晶化无机薄膜具有：腿部，所述腿部构造用于接触所述衬底以在所述腿部和所述衬底之间限定集成空腔；以及从所述腿部平行于所述衬底延伸的上表面，所述结晶化无机薄膜具有与所述衬底相同的晶体结构。2.根据权利要求1所述的衬底结构，其中，所述腿部具有中空管状。3.根据权利要求1所述的衬底结构，其中，设置有多个腿部，并且所述上表面连续地形成为从所述多个腿部延伸。4.根据权利要求3所述的衬底结构，其中，所述空腔所占面积大于所述腿部所占面积。5.一种半导体层叠结构，包括：与氮化物半导体不同的单晶衬底；结晶化无机薄膜，所述结晶化无机薄膜具有构造用于接触所述衬底的腿部，以及从所述腿部平行于所述衬底延伸的上表面，使得在所述腿部和所述衬底之间限定集成空腔，所述结晶化无机薄膜具有与所述衬底相同的晶体结构；和在所述无机薄膜上形成的氮化物半导体层。6.根据权利要求5所述的半导体层叠结构，其中，所述氮化物半导体层在集成空腔上方的结晶化无机薄膜上生长并与其融合。7.一种用于形成衬底结构的方法，包括：在与氮化物半导体异质的单晶衬底上形成孔型牺牲层图案；在所述牺牲层图案上形成无机薄膜；从其上形成有所述无机薄膜的所述衬底去...

【专利技术属性】
技术研发人员：裵德圭，文泳棓，朴容助，
申请(专利权)人：海瑟解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR