阻断半导体差排缺陷的方法技术

本发明专利技术提出一种阻断半导体差排缺陷的方法。首先，外延一半导体层于一衬底上，并在半导体层上差排缺陷所造成的结构脆弱处蚀刻出凹洞。之后，在每一个凹洞上形成一阻断层。随后，再外延上述的半导体层，使半导体层侧向成长，导致差排缺陷转向。本发明专利技术可以在外延过程中降低差排缺陷密度以改善外延层的光学特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前常见的固态半导体装置，大致上有发光二极管(Light Emitting Diode， LED)、激光二极管(Laser Diode)或半导体射频等装置。一般而言，前述的发光二极管、激光 二极管或半导体射频装置，是由一外延衬底与一形成于外延衬底上的半导体元件(例如 射频元件，或是含有Pi接合的发光元件)所构成。 举例来说，基本的蓝光或绿光发光二极管结构，是由一蓝宝石(sapphire)衬底、 一形成于蓝宝石衬底上的缓冲层(buffer layer)、一形成于缓冲层上的N型氮化镓(GaN) 半导体层、一局部覆盖N型氮化镓半导体层的发光层(active layer)、一形成于发光层上 的P型氮化镓半导体层、与两个分别形成于上述半导体层上的接触电极所构成。 影响发光二极管的发光效率的因素分别有内部量子效率(internalquantum efficiency)及外部(external)量子效率，其中构成低内部量子效率的主要原因，则是形 成于发光层中的差排(dislocation)量。然而，蓝宝石衬底与氮化镓两者材料间存在相当 大的晶格不匹配(lattice mismatch)的问题，因此，在外延过程中也同时地构成了大量的 贯穿式差排(threadingdislocation)。 请参阅图IA，其为中国台湾专利公告案号TW 561632提出的一种半导体发光元 件，其包含一蓝宝石衬底10、一形成于蓝宝石衬底10上的N型半导体层11、一形成于N型 半导体层11并可产生一预定波长范围光源的发光层12，与一形成在发光层12上的P型半 导体层13。 蓝宝石衬底10的一上表面利用光刻(photolithography)设备及反应式离子蚀刻 (reactive ion etching,RIE)形成有多个呈周期性变化地排列的凹部14，以使蓝宝石衬底 IO上的N型半导体层11不产生结晶缺陷(crystal defect)地填满每一个凹部14。其中， 每一个凹部14的深度与尺寸分别是1 y m与10 m，并借由每一个凹部14的一中心界定出 一 lOiim的间距。 A. Bell， R丄iu， F. A. Ponce， H. Amano， I.Akasaki， D. Cherns等人于Applied Physics Letters, vol. 82， No. 3， pp. 349-351中，揭示一种成长于图案化蓝宝石衬底上掺 杂镁的氮化铝镓的发光特性极其显微结构。此一文中说明利用光刻工艺及反应式离子蚀 刻等黄光工艺，制得一由多个条状沟槽所构成的图案化蓝宝石(patterned sapphire)衬 底，并于图案化蓝宝石衬底上形成一掺杂镁的氮化铝镓外延层，其中，直接形成于条状沟 槽之间平台上的外延层含有大量的贯穿式差排，而悬置于每一条状沟槽处上方的横向外延 (印itaxiallateral overgrowth, EL0G)层则构成了一无缺陷区。 此夕卜，Shulij Nakamura， Masayuki Senoh， Shinichi Nagahama， Naruhitolwasa， Takao Tamada等日亚化工的研究员于Appl. Phys. Lett. 72 (2) ， 211-213中，揭示一 种具有成长于横向外延氮化镓基材上的调变掺杂应变层超晶格(modulation-dopedstrained-layer superlattices)的激光二极管。请参阅图1B，文中说明于一蓝宝石衬底 90上依序形成一缓冲层91与一 2 m厚的氮化镓层92后，进一步地借由光刻工艺于氮化镓 层92上形成多个厚度为0. 1 m的氧化硅层93，且借由相邻的氧化硅层93构成多个4 y m 宽的条状窗口 94以定义出形成于氮化镓层92上的掩模(Si02 mask)，最后，依序地于掩模 上利用双喷流有机金属化学气相沉积法(two flow MOCVD)形成一N型氮化镓层95以完成 后续的元件工艺。 日亚化工的研究员利用非晶质(amorphous)掩模，致使形成于窗口 94处的垂直外 延层横向地合并以构成形成于掩模上方的横向外延层，借此达到降低差排密度的目的。 前面所提及的专利前述申请及论文文献，虽然可以降低于外延过程中形成于外延 层内的贯穿式差排，但，由于上述的凹部或窗口均为规律式排列，并无法完全针对差排缺陷 作阻绝。 因此，如何在外延过程中降低差排缺陷密度以改善外延层的光学特性，乃是目前 研究开发外延相关行业的技术人员所需克服的一大难题。
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，为了符合产业上某些利益的需求，本专利技术提供一种阻断 半导体差排缺陷的方法，可用以解决上述传统的未能达成的目 标。 本专利技术提出一种。首先，外延一半导体层于一衬底上， 并在半导体层上差排缺陷所造成的结构脆弱处蚀刻出凹洞。之后，在每一个凹洞上形成一 阻断层。随后，再外延上述的半导体层，使半导体层侧向成长，导致差排缺陷转向。 本专利技术还提出一种阻断发光二极管内部差排缺陷的方法。首先，执行至少一次上 述。之后，外延一化合物半导体复合层于上述再外延后的半导 体层上，以形成一发光二极管，其中上述的化合物半导体复合层包含一N型半导体导电层、 一 P型半导体导电层与一发光层，并且发光层位于N型半导体导电层与P型半导体导电层 之间。 本专利技术还提出一种阻断发光二极管内部差排缺陷的方法，包含下列步骤外延一 半导体层于一衬底上；蚀刻该半导体层以形成多个凹洞于该半导体层上的差排缺陷处；形 成多个阻断层于所述多个凹洞上；再外延该半导体层，使该半导体层侧向成长，导致差排缺 陷转向；以及外延一化合物半导体复合层于该半导体层上，以形成一发光二极管。 本专利技术可以在外延过程中降低差排缺陷密度以改善外延层的光学特性。附图说明 图1A与图IB为一现有技术的结构示意图； 图2为一种流程图； 图3为半导体层上凹洞的扫描式电子显微镜照片；以及 图4为一种阻断发光二极管内部差排缺陷的方法流程图。 其中，附图标记说明如下 1 28步骤 10蓝宝石衬底5IIN型半导体层 12发光层13P型半导体层 14凹部90蓝宝石衬底 91缓冲层92氮化镓层93氧化硅层94窗口95N型氮化镓层100衬底101缓冲层102半导体层103阻断层104再外延半导体层109光致抗蚀剂110凹洞400衬底401缓冲层402半导体层403阻断层404再外延半导体层405N型半导体导电层406发光层407P型半导体电子阻挡层408P型半导体导电层409光致抗蚀剂410凹洞420化合物半导体复合层具体实施例方式本专利技术在此所探讨的方向为一种。为了能彻底地了解 本专利技术，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本专利技术的施行并未限定于阻 断半导体差排缺陷的方法的普通技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的组成 或步骤并未描述于细节中，以避免造成本专利技术不必要的限制。本专利技术的优选实施例会详细 描述如下，然而除了这些详细描述之外，本专利技术还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本 专利技术的范围不受限定，其以所附的权利要求书为准。 为了降低差排缺陷密度，已有许多文献提出相关的解决方法，但仍无法完全阻绝差排缺陷。例如美本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻断半导体差排缺陷的方法，至少执行一次下列步骤：形成多个凹洞于一半导体层上的差排缺陷处；在每一个凹洞上形成一阻断层；以及再外延该半导体层，使该半导体层侧向成长，导致差排缺陷转向。

【技术特征摘要】
一种阻断半导体差排缺陷的方法，至少执行一次下列步骤形成多个凹洞于一半导体层上的差排缺陷处；在每一个凹洞上形成一阻断层；以及再外延该半导体层，使该半导体层侧向成长，导致差排缺陷转向。2. 根据权利要求1的阻断半导体差排缺陷的方法，借由蚀刻该半导体层以形成多个凹 洞于该半导体层上的差排缺陷处，且其中在每一个凹洞上形成一阻断层包含下列步骤沉积一阻断层于该半导体层上；涂布光致抗蚀剂于该阻断层上，以形成填满所述多个凹洞的光致抗蚀剂； 移除所述多个凹洞以外的光致抗蚀剂；蚀刻该半导体层，以移除所述多个凹洞以外的该阻断层，借此形成多个分布于凹洞的 阻断层；移除所述多个阻断层上的光致抗蚀剂，前述的阻断层为介电质，可包含氮化镁、氮化 硅、氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钽、一氮化硅或一氧化硅等其中之一 ；以及 移除光致抗蚀剂。3. 根据权利要求l的阻断半导体差排缺陷的方法，在形成多个凹洞于一半导体层上的 差排缺陷处之前，还包含下列步骤提供一衬底；以及形成该半导体层于该衬底上，并形成一缓冲层于该衬底与该半导体层之间，前述的衬 底可为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、铝酸锂衬底、镓酸锂衬底、硅衬底、氮化镓衬底，氧化锌衬底、氧化铝锌衬底、砷化镓衬底、磷化镓衬底、锑化镓衬底、磷化铟衬底、砷化铟衬底或硒化锌衬底等其中之一。4. 根据权利要求1的阻断半导体差排缺陷的方法，其中上述的半导体层为III族氮化物。5. —种阻断发光二极管内部差排缺陷的方法，包含下列步骤 执行权利要求1的方法；以及外延一化合物半导体复合层于该半导体层上，以形成一发光二极管。6. —种阻断发光二极管内部差排缺陷的方法，包含下列步骤 外延一半导体层于一衬底上；蚀刻该半导体层以形成多个凹洞于该半导体层上的差排...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芃逸，黄世晟，涂博闵，叶颖超，林文禹，詹世雄，
申请(专利权)人：先进开发光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]