基于图形化模板的半导体器件及其制作方法技术

本申请公开了一种基于图形化模板的半导体器件及其制作方法，该半导体器件包括图形化的模板以及支撑于图形化模板上的外延结构，所述图形化的模板包括阵列设置的多个微柱。该半导体器件的制作方法包括步骤：s1、在衬底上生长模板材料；s2、通过刻蚀，获得具有微柱阵列的图形化模板；s3、在图形化模板上外延生长外延结构。本发明专利技术方法可以明显提高深紫外LED的外量子效率。

【技术实现步骤摘要】
基于图形化模板的半导体器件及其制作方法
本申请涉及一种半导体器件，特别是涉及一种基于图形化模板的半导体器件及其制作方法，应用于深紫外LED等器件时，可以提高其光提取效率。
技术介绍
AlGaN基紫外LED在不同的领域有着广泛的应用，例如探测，医疗，通信，净化，消毒，等等。与传统的汞光源相比，氮化物紫外LED有无汞环保，工作电压低，功耗低，简单便携，寿命长等方面的优势。但是目前紫外LED的效率相对比较低，尤其是深紫外LED，波长小于360nm的紫外LED的外量子效率大多低于10％，还有很大的提升空间。深紫外LED有着很大的实用价值，但是目前它的外量子效率低，这主要是因为：外延生长的AlGaN材料位错密度高，极化在量子阱中引起斯塔克效应，高Al组分的AlGaN材料P型掺杂效率低，紫外LED的光提取效率低等等。其中外延AlGaN材料位错密度高和光提取效率低在很大程度上制约了深紫外LED外量子效率的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于图形化模板的半导体器件及其制作方法，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请实施例公开一种基于图形化模板的半导体器件，包括图形化的模板以及支撑于图形化模板上的外延结构，所述图形化的模板包括阵列设置的多个微柱。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，所述微柱的截面为圆形、六边形、正方形或三角形。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，每个所述微柱的最大截面半径在0.1～2微米。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，相邻所述微柱之间的间距在0.1～2微米。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，所述图形化的模板的厚度在10～20微米。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，所述图形化的模板采用AlN材质，所述外延结构包括AlGaN层。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件中，该半导体器件为深紫外LED。相应的，本申请还公开了一种基于图形化模板的半导体器件的制作方法，包括步骤：s1、在衬底上生长模板材料；s2、通过刻蚀，获得具有微柱阵列的图形化模板；s3、在图形化模板上外延生长外延结构。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件的制作方法中，所述衬底为蓝宝石。优选的，在上述的基于图形化模板的半导体器件的制作方法中，通过HVPE方式生长所述模板材料。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术可以使用常规的刻蚀工艺，得到柱状的图形化AlN模板，在图形化的AlN模板上外延深紫外LED器件结构，一方面起到了侧向外延的作用，能够提高外延生长的晶体质量；另一方面，柱状的图形化AlN能够提高深紫外LED的光提取效率；同时本专利技术采用的是先图形化后外延器件结构，这种方法能够避免后期图形化工艺对器件结构和电极的损伤。最终获得更高的外量子效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本专利技术具体实施例中图形化的模板不同的截面示意图；图2所示为本专利技术具体实施例中半导体器件的制作流程示意图。具体实施方式通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本专利技术的代表性基础。基于图形化模板的半导体器件，包括图形化的模板以及支撑于图形化模板上的外延结构，图形化的模板包括阵列设置的多个微柱。微柱之间具有一定间隙，在优选的实施例中，多个微柱平行设置，且微柱大致垂直于外延层表面。参图1所示，优选的，微柱截面形状为规则图形，微柱的截面可以为圆形、六边形、正方形或三角形。易于想到的是，微柱截面形状还可以为其他规则或不规则图形。在优选的实施例中，每个微柱的最大截面半径r在0.1～2微米。相邻微柱之间的间距d在0.1～2微米。专利技术人通过大量实验可知：当r和d小于0.1微米或者大于2微米时，其深紫外光的提取效率会明显降低。在优选的实施例中，图形化的模板的厚度在10～20微米。该技术方案中，微柱的高度控制在10～20微米，可以显著提高材料的质量。在最佳的应用例中，图形化的模板采用AlN材质，外延结构包括AlGaN层。制作获得的半导体器件为深紫外LED。结合图2所示，以深紫外LED器件为例对其制作方法进行说明，包括步骤：1、在蓝宝石衬底上通过HVPE生长高质量的厚度为10-20微米的AlN薄膜材料。2、通过AlN刻蚀的工艺，得到周期性排列的柱状图形化AlN模板，柱状AlN的横截面分别为圆形、六边形、正方形、三角形等，横截面中心到边缘的径向距离r是0.1-2微米,图形之间的间距d为0.1-2微米。3、在图形化AlN模板上，通过MOCVD外延生长深紫外LED器件结构。4、对外延生长得到的晶片进行标准的LED芯片制作工艺流程。5、采用激光剥离等方法去除蓝宝石衬底。6、划片，封装，测试。该技术方案中，通过先在衬底上外延薄膜，然后通过刻蚀得到微柱阵列。与金属催化相比，这种方法能够更精确地控制微柱阵列的晶体质量，尺寸，取向，一致性，均匀性等；同时还可以获得截面为任意形状的微柱阵列，如正方形，六角形，三角形等等。在图形化的AlN模板上外延深紫外LED器件结构：一方面通过侧向外延技术，能够有效降低外延层缺陷密度与释放应力，从而提高外延生长的晶体质量，提供内部量子效率；另一方面，在平面的AlN模板上外延深紫外LED，由于氮化物较高的折射率，LED中发出的光会在与空气的界面处发生全反射，使得很大一部分光被限制在LED中，降低了LED的光提取效率。而柱状的图形化AlN模板与空气形成的界面不再是平面，从而很大程度上降低了全反射，能够很好的提高深紫外LED的光提取效率。因此外量子效率得到显著提高。通过本专利技术方法，获得的微柱阵列一方面能够提高外延质量，更重要的是能够提高深紫外LED的光提取效率，从而获得更高的外量子效率。本专利技术的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本专利技术，本专利技术的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本专利技术的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。在本申请案中标题及章节的使用不意味着限制本专利技术；每一章节可应用于本专利技术的任何方面、实施例或特征。在本申请案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本专利技术教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本专利技术教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。在本申请案中，在将元件或组件称为包含于及/或选自所叙述元件或组件列表之处，应理解，所述元件或组件可为所叙述元件或组件中的任一者且可选自由所叙述元件或组件中的两者或两者以上组成的群组。此外，应理解，在不背离本专利技术教示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图形化模板的半导体器件，其特征在于，包括图形化的模板以及支撑于图形化模板上的外延结构，所述图形化的模板包括阵列设置的多个微柱。

【技术特征摘要】
1.一种基于图形化模板的半导体器件，其特征在于，包括图形化的模板以及支撑于图形化模板上的外延结构，所述图形化的模板包括阵列设置的多个微柱。2.根据权利要求1所述的基于图形化模板的半导体器件，其特征在于：所述微柱的截面为圆形、六边形、正方形或三角形。3.根据权利要求1或2所述的基于图形化模板的半导体器件，其特征在于：每个所述微柱的最大截面半径在0.1～2微米。4.根据权利要求1或2所述的基于图形化模板的半导体器件，其特征在于：相邻所述微柱之间的间距在0.1～2微米。5.根据权利要求1所述的基于图形化模板的半导体器件，其特征在于：所述图形化的模板的厚度在10～20微米。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纪才，陈刚，李雪威，王建峰，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32