一种复合衬底、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种复合衬底、半导体器件及其制造方法，所述复合衬底包括：生长衬底；凸起结构，呈周期性间隔分布于所述生长衬底上表面；其中，所述凸起结构包括金属层或金属氧化物层保护层以及位于保护层之上的半导体介质膜层。在复合衬底的制备过程中，加入与生长衬底接触的金属层或金属氧化物层保护层，保护层能够保护生长衬底，使得衬底晶体不会受到干法刻蚀工艺中刻蚀气体或聚合物的污染，保证生长衬底的干净且平整，为后续外延晶体的生长及半导体器件的制备提供一个无污染的生长窗口，可提高半导体器件的各项性能。

A Composite Substrate, Semiconductor Device and Its Manufacturing Method

The invention provides a composite substrate, a semiconductor device and a manufacturing method thereof. The composite substrate includes: a growing substrate; a convex structure, which distributes periodically on the surface of the growing substrate; and the convex structure comprises a metal layer or a metal oxide layer protective layer and a semiconductor dielectric film layer located above the protective layer. In the preparation of composite substrates, the metal layer or metal oxide layer which contacts the growth substrate is added to protect the growth substrate, so that the substrate crystal will not be polluted by the etching gas or polymer in the dry etching process, so as to ensure the clean and flat growth of the substrate, and provide a pollution-free for the subsequent growth of epitaxy crystals and the preparation of semiconductor devices. The growth window can improve the performance of semiconductor devices.

【技术实现步骤摘要】
一种复合衬底、半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种复合衬底、半导体器件及其制造方法。
技术介绍
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。最新的图形化衬底有以下几种方法：方法一是在蓝宝石衬底表面或其他常规衬底表面制作SiO2膜层结构形成微观图形；方法二是在蓝宝石衬底表面或其他常规衬底表面制作DBR膜层结构形成微观图形；方法三是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膜层结构形成微观图形。方法一、方法二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。方法三也有些难度：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。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。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种复合衬底、半导体器件及其制备方法，用于解决现有技术中的LED外延窗口受到污染，外延层晶体质量不高以及各项性能有待改善的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种复合衬底，所述复合衬底包括：生长衬底；凸起结构，呈周期性间隔分布于所述生长衬底上表面；其中，所述凸起结构包括与所述生长衬底接触的金属层或金属氧化物层保护层以及位于保护层之上的半导体介质膜层。可选地，所述金属层或金属氧化物层保护层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)、钛的氧化物(TiOx)或铟锡氧化物(ITO)。可选地，所述金属层或金属层氧化物层保护层的厚度为可选地，所述生长衬底的材料包括Al2O3、SiC、Si、ZnO、GaN。可选地，所述凸起结构的形状包括圆柱、方柱、圆锥或蒙古包。本专利技术还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：S1：提供生长衬底；S2：在所述生长衬底上表面形成保护层；S3：在所述保护层上表面形成半导体介质膜层；S4：通过光刻与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，所述凸起之间暴露出部分所述保护层；S5：采用湿法刻蚀工艺将所述凸起之间暴露出的保护层去除，以在所述生长衬底表面形成周期性间隔分布的凸起结构。可选地，所述半导体介质膜层的制备方法包括等离子增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)或电子束蒸发(EBE)。可选地，所述保护层的制备方法包括等离子增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)或电子束蒸发(EBE)。本专利技术还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括：上述任一项所述的复合衬底；氮化物缓冲层，位于所述复合衬底上表面，完全覆盖凸起结构以及凸起结构之间暴露的生长衬底；外延过渡层，位于氮化物缓冲层表面，完全填满所述凸起结构之间的间隙；N型外延层，位于所述外延过渡层表面；量子阱层，位于所述N型外延层表面；P型外延层，位于所述量子阱层表面；P电极与N电极，分别用于所述P型外延层与所述N型外延层的电引出。可选地，所述半导体器件的结构为正装结构、倒装结构或者垂直结构。本专利技术还提供一种半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体器件的制备方法包括以下步骤：S6：采用如上述制备复合衬底的方法制备复合衬底；S7：在所述复合衬底表面形成氮化物缓冲层，完全覆盖凸起结构及凸起结构之间暴露的生长衬底；S8：在所述氮化物缓冲层表面形成外延过渡层，完全填满所述凸起结构之间的间隙；S9：在所述外延过渡层表面依次至少形成N型外延层、量子阱层、P型外延层；S10：刻蚀并沉积P电极及N电极，分别用于所述P型外延层与所述N型外延层的电引出。可选地，所述氮化物缓冲层的制备方法包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)或物理气相沉积(PVD)。可选地，所述外延过渡层的制备方法包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)或氢化物气相外延(HVPE)。如上所述，在复合衬底的制备过程中，加入与生长衬底接触的金属层或金属氧化物层保护层，保护层能够保护生长衬底，使得衬底晶体不会受到干法刻蚀工艺中刻蚀气体或聚合物的污染，保证生长衬底的干净且平整，为后续外延晶体的生长及半导体器件的制备提供一个无污染的生长窗口，可提高半导体器件的各项性能。附图说明图1显示为本专利技术复合衬底的制备方法的流程图。图2显示为实施例一中生长衬底及衬底上表面保护层的示意图。图3显示为实施例一中在保护层表面形成半导体介质膜层的示意图。图4显示为通过光刻与干法刻蚀将半导体介质膜层图形化的示意图。图5显示为通过湿法刻蚀工艺将暴露的保护层去除，形成凸起结构的示意图。图6显示为形成凸起结构后的生长衬底的俯视图。图7显示为本专利技术半导体器件的制作方法的流程图。图8显示为实施例一中形成氮化物缓冲层的示意图。图9显示为实施例一中形成外延过渡层的示意图。图10显示为实施例一中形成N型外延层、量子阱层、P型外延层的示意图。图11显示为实施例一中形成P电极与N电极的示意图。图12显示为实施例二中形成半导体介质膜层的示意图。图13显示为实施例三中光刻和刻蚀后形成凸起结构的示意图。图14显示为实施例三中形成凸起结构后的生长衬底的俯视图。图15显示为实施例三中半导体器件的结构示意图。元件标号说明11生长衬底12保护层13半导体介质膜层131SiO2层132Si3N4层13＇凸起结构14氮化物缓冲层15外延过渡层16N型GaN层17量子阱层18P型GaN层191P电极192N电极h凸起结构高度d凸起结构宽度w凸起结构之间间距21生长衬底22保护层231SiO2层232Si3N4层23半导体介质膜层31生长衬底32保护层331SiO2层332Si3N4层33＇凸起结构34氮化物缓冲层35外延过渡层36N型外延层37量子阱层38P型外延层391P电极392N电极具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底包括：生长衬底；凸起结构，呈周期性间隔分布于所述生长衬底上表面；其中，所述凸起结构包括与所述生长衬底接触的金属层或金属氧化物层保护层以及位于保护层之上的半导体介质膜层。

【技术特征摘要】
1.一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底包括：生长衬底；凸起结构，呈周期性间隔分布于所述生长衬底上表面；其中，所述凸起结构包括与所述生长衬底接触的金属层或金属氧化物层保护层以及位于保护层之上的半导体介质膜层。2.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述金属层或金属氧化物层保护层的材料包括镍(Ni)、钛(Ti)、钛的氧化物(TiOx)或铟锡氧化物(ITO)。3.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述金属层或金属氧化物层保护层的厚度为4.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述生长衬底的材料包括Al2O3、SiC、Si、ZnO、GaN。5.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述凸起结构的形状包括圆柱、方柱、圆锥、或蒙古包。6.一种复合衬底的制备方法，其特征在于，所述复合衬底的制备方法包括以下步骤：S1：提供生长衬底；S2：在所述生长衬底上表面形成保护层；S3：在所述保护层上表面形成半导体介质膜层；S4：通过光刻与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，所述凸起之间暴露出部分所述保护层；S5：采用湿法刻蚀工艺将所述凸起之间暴露出的保护层去除，以在所述生长衬底表面形成周期性间隔分布的凸起结构。7.根据权利要求6所述的复合衬底的制备方法，其特征在于，所述半导体介质膜层的制备方法包括等离子增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)或电子束蒸发(EBE)。8.根据权利要求6所述的复合衬底的制备方法，其特征在于，所述保护层的制备方法包括等离子增强化学气相沉积(PECV...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝茂盛，袁根如，张楠，马艳红，陈朋，
申请(专利权)人：上海芯元基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31