【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和制作。
技術(shù)介紹
1、gan材料被廣泛應(yīng)用于led發(fā)光二極管、電力電子器件等多個(gè)領(lǐng)域，都是氮化物半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的重要應(yīng)用方向。隨著科技發(fā)展和生活需求，在顯示領(lǐng)域?qū)︼@示效果的追求不斷攀升，從lcd電視、led背光電視到mini?led背光電視、再到mini/mcro?led直顯電視，能夠看出市場(chǎng)對(duì)真全彩顯示的追求。為推進(jìn)mcroled終極顯示的目標(biāo)，近年來mcro?led直顯成為氮化物半導(dǎo)體頭部企業(yè)重點(diǎn)布局方向，中國、韓國、日本、美國、德國等國也都對(duì)mcro?led顯示在制度、資金、技術(shù)等方面給予大力支持。
2、mcro?led發(fā)光二極管藍(lán)綠外延結(jié)構(gòu)包括襯底，以及依次生長在襯底上的緩沖層、未摻雜的gan層、si摻雜的ngan層、有源層ingan、電子阻擋層ebl和mg摻雜的pgan層。其中，襯底為藍(lán)寶石襯底、si襯底或sic襯底。
3、其中藍(lán)寶石襯底上生長gan外延層時(shí)，雖然有緩沖層，但緩沖層大都是algan材料，一定程度上能夠起到緩解外延層與襯底之間應(yīng)力的作用，但由于藍(lán)寶石襯底與gan層之間的晶格失配與熱失配較大，其中晶格適配度高達(dá)13％以上。藍(lán)寶石襯底al2o3的晶格常數(shù)是a＝0.4758nm(led外延用到的晶格)，gan的晶格常數(shù)是c＝0.5185nm(led外延用到的晶格)，因此gan材料生長在藍(lán)寶石襯底上受到較大的來自藍(lán)寶石襯底的壓應(yīng)力，僅通過一層緩沖層并不能完全緩沖應(yīng)力；又因al原子預(yù)反應(yīng)嚴(yán)重，且al原子相同位置的擴(kuò)散勢(shì)壘很高，使algan層
4、故，急需一種可解決上述問題的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制作方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制作方法，在襯底和外延層之間設(shè)置bno緩沖層、bxal(1－x)no的第一過渡層和gaxal(1－x)n的第二過渡層，第一過渡層和第二過渡層的al的濃度先逐漸增加再逐漸減少以進(jìn)行線性變化，有效減少缺陷密度。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：提供襯底；在所述襯底上生長bno緩沖層；在所述bno緩沖層上依次生長bxal(1－x)no的第一過渡層和gaxal(1－x)n的第二過渡層；生長第一過渡層時(shí)，b的反應(yīng)材料的流量從預(yù)設(shè)m濃度逐漸降低到0，al的反應(yīng)材料的流量從0逐漸增加到m，以使x數(shù)值從1到0逐漸縮小，以使第一過渡層從下至上b的濃度逐漸降低，al的濃度逐漸增大，第一過渡層從bno材料逐漸過渡到balno材料再逐漸過渡到alno材料；生長第二過渡層時(shí)，al的反應(yīng)材料的流量從預(yù)設(shè)m濃度逐漸降低到0，ga的反應(yīng)材料的流量從0逐漸增加到m，以使x數(shù)值從0到1逐漸增加，以使所述第二過渡層從下至上al的濃度逐漸降低，ga的濃度逐漸增大，第二過渡層從aln材料逐漸過渡到gaaln材料再逐漸過渡到gan材料；在所述第二過渡層上生長外延層形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
3、較佳地，生長第一過渡層時(shí)生長溫度從第一溫度逐漸增加第二溫度；生長第二過渡層時(shí)生長溫度從第二溫度逐漸降低到第三溫度，第二溫度大于第一溫度和第三溫度。不同過渡層的生長溫度變化，能夠提高al原子的遷移率能力。al原子的遷移能較高而遷移率較低，al原子表面的擴(kuò)散長度小于ga原子，在外延生長過程中，al原子橫向擴(kuò)散能力弱，它們傾向于占據(jù)起初襯底吸附的位置，將不再移動(dòng)至能量最低的晶格點(diǎn)處；生長溫度根據(jù)al的濃度進(jìn)行線性變化，可以提高al原子的遷移速率，增加al原子表面的擴(kuò)散長度，減少al原子寄生反應(yīng)而形成的島狀成核密度，從而進(jìn)一步減少線性缺陷密度。
4、更佳地，所述第一溫度等于第三溫度。當(dāng)然，第一溫度也可以不等于第三溫度，第一溫度的選取以適配bno緩沖層為佳，第三溫度的選取以適配外延層為佳。
5、具體地，所述第一溫度為1000攝氏度，所述第二溫度為1200攝氏度，第三溫度為1000攝氏度。
6、較佳地，在所述第一過渡層生長過程中，載氣為氮?dú)馇也煌錃猓磻?yīng)氣體為nh3，且nh3用量是氮?dú)獾?/5到1/2。
7、較佳地，在所述第二過渡層生長過程中，載氣為氮?dú)馇也煌錃猓磻?yīng)氣體為nh3，且nh3用量是氮?dú)獾?/2到3/5。
8、較佳地，所述bno緩沖層通過pvd濺射鍍膜的方式沉積在所述襯底上。
9、具體地，所述bno緩沖層生長時(shí)，鍍膜溫度控制在700℃到750℃之間，氧氣的氣通入量控制在2sccm到3sccm之間。
10、較佳地，所述bno緩沖層的總厚度為30nm－50nm。
11、較佳地，所述外延層從下至上包括依次生長在所述第二過渡層上的未摻雜的gan層、n型半導(dǎo)體層、有源層、電子阻擋層、p型半導(dǎo)體層、p型接觸層。
12、本專利技術(shù)還提供了一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由上述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法制作而成。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)等其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
13、本專利技術(shù)還提供了一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括襯底、依次生長于襯底上的bno緩沖層、第一過渡層和第二過渡層，第一過渡層為bxal(1－x)no且其x數(shù)值從1到0逐漸縮小，以使第一過渡層從下至上b的濃度逐漸降低，al的濃度逐漸增大，第一過渡層從bno材料逐漸過渡到balno材料再逐漸過渡到alno材料；所述第二過渡層為gaxal(1－x)n且其x數(shù)值從0到1逐漸增加，以使所述第二過渡層從下至上al的濃度逐漸降低，ga的濃度逐漸增大，第二過渡層從aln材料逐漸過渡到gaaln材料再逐漸過渡到gan材料。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)在襯底和外延層之間設(shè)置bno緩沖層、bxal(1－x)no的第一過渡層和gaxal(1－x)n的第二過渡層，使第一過渡層從下至上b的濃度逐漸降低，al的濃度逐漸增大，第一過渡層從bno材料逐漸過渡到balno材料再逐漸過渡到alno材料，可有效調(diào)節(jié)應(yīng)力，利用bno緩沖層、第一過渡層和第二過渡層的晶格調(diào)節(jié)減少和中斷沿生長方向的位錯(cuò)，降低材料生長過程中的缺陷密度、減少漏電、提高發(fā)光二極管的量子效率。再一方面，使用bxal(1－x)no作為過渡層，也使得第一過渡層與bno緩沖層之間的適配更佳，進(jìn)一步減少了沿生長方向的位錯(cuò)，降低缺陷密度。
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1.一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：包括：
2.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：生長第一過渡層時(shí)生長溫度從第一溫度逐漸增加到第二溫度；生長第二過渡層時(shí)生長溫度從第二溫度逐漸降低到第三溫度，第二溫度大于第一溫度和第三溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述第一溫度等于第三溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述第一溫度為1000攝氏度，所述第二溫度為1200攝氏度，第三溫度為1000攝氏度。
5.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：在所述第一過渡層生長過程中，載氣為氮?dú)馇也煌錃猓磻?yīng)氣體為NH3，且NH3用量是氮?dú)獾?/5到1/2；
6.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述BNO緩沖層通過PVD濺射鍍膜的方式沉積在所述襯底上；所述BNO緩沖層生長時(shí)，鍍膜溫度控制在700℃到750℃之間，氧氣的氣通入量控制在2sccm到3s
7.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述BNO緩沖層的總厚度為30nm－50nm。
8.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述外延層從下至上包括依次生長在所述第二過渡層上的未摻雜的GaN層、n型半導(dǎo)體層、有源層、電子阻擋層、p型半導(dǎo)體層、p型接觸層。
9.一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于：由權(quán)利要求1－8中任一項(xiàng)所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法制作而成。
10.一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括襯底、依次生長于襯底上的BNO緩沖層、第一過渡層和第二過渡層，第一過渡層為BxAl(1－x)NO且其x數(shù)值從1到0逐漸縮小，以使第一過渡層從下至上B的濃度逐漸降低，Al的濃度逐漸增大，第一過渡層從BNO材料逐漸過渡到BAlNO材料再逐漸過渡到AlNO材料；所述第二過渡層為GaxAl(1－x)N且其x數(shù)值從0到1逐漸增加，以使所述第二過渡層從下至上Al的濃度逐漸降低，Ga的濃度逐漸增大，第二過渡層從AlN材料逐漸過渡到GaAlN材料再逐漸過渡到GaN材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：包括：
2.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：生長第一過渡層時(shí)生長溫度從第一溫度逐漸增加到第二溫度；生長第二過渡層時(shí)生長溫度從第二溫度逐漸降低到第三溫度，第二溫度大于第一溫度和第三溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述第一溫度等于第三溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述第一溫度為1000攝氏度，所述第二溫度為1200攝氏度，第三溫度為1000攝氏度。
5.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：在所述第一過渡層生長過程中，載氣為氮?dú)馇也煌錃猓磻?yīng)氣體為nh3，且nh3用量是氮?dú)獾?/5到1/2；
6.如權(quán)利要求1所述的降低缺陷密度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：所述bno緩沖層通過pvd濺射鍍膜的方式沉積在所述襯底上；所述bno緩沖層生長時(shí)，鍍膜溫度控制在700℃到750℃之間，氧氣的氣通入量控制在2sccm到3sccm之間...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李陽，李永，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東莞市中晶半導(dǎo)體科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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