[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

近年来，LED以其寿命长、发光效率高、体积小、坚固耐用、颜色丰富等特点，被广泛应用于显示屏、背光源、照明等领域。LED器件的的核心是LED外延片，如何在合适的衬底上获得高质量、低缺陷密度的III-V族化合物系外延材料薄膜对于提高LED的发光效率、寿命等是最为关键的因素。然而，由于III-V族化合物系外延材料薄膜自身的特性，比如最常用的GaN、InGaN、AlGaN等氮化物半导体材料，它与常用的SiC，Al₂O₃衬底，以及价格低廉的Si衬底等都有着比较大的晶格失配，因此如果在这些衬底上直接外延III-V族化合物系外延材料薄膜就会产生大量的穿通位错，从而导致外延出的III-V族化合物薄膜有着很大的位错密度，严重影响制备出的LED器件的性能。为了能够降低外延III-V族化合物薄膜的位错密度，产生了一种利用III-V族化合物材料的横向生长特性来降低外延薄膜位错密度的方法，虽然采用此方法在横向外延出来的材料区域位错密度比较低，但在窗口区外延出来的材料仍旧存在着大量的穿通位错，依然会严重影响制备出的器件的性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出了一种半导体结构及其形成方法。

为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底，且所述衬底的顶部为多孔结构；在所述衬底之上形成多个掩膜阻挡结构，每两个所述掩膜阻挡结构之间具有开口；从所述开口中对所述衬底的顶部进行刻蚀以在每个所述开口中形成深孔，所述深孔形成在所述多孔结构之中；淀积III-V族化合物以填充所述深孔的上部并在所述多个掩膜阻挡结构之上形成III-V族化合物半导体层。

所述深孔的深度大于所述开口的宽度，且通过控制工艺条件可以使得所述III-V族化合物在所述深孔中的横向生长速度大于在所述深孔中的垂直生长速度以在所述深孔的上部先闭合所述深孔；在所述III-V族化合物闭合所述深孔且封闭所述开口之后，进一步横向生长以在所述多个掩膜阻挡结构之上形成所述半导体层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的顶部包括第一多孔层和第二多孔层，其中，所述第一多孔层的孔隙率大于所述第二多孔层的孔隙率。在本发明的一个实施例中，所述深孔可形成在第一多孔层之中，也可形成在第二多孔层之中。

本发明的另一个目的在于提出一种半导体结构，包括：衬底，且所述衬底的顶部为多孔结构；形成在所述衬底之上的多个掩膜阻挡结构，每两个所述掩膜阻挡结构之间具有开口；形成在每个所述开口中的深孔，所述深孔形成在所述多孔结构之中；淀积在所述深孔的上部并形成在所述多个掩膜阻挡结构之上的半导体层，所述半导体层由III-V族化合物构成。

所述深孔的深度大于所述开口的宽度，所述III-V族化合物在所述深孔中的横向生长速度大于在所述深孔中的垂直生长速度以在所述深孔的上部先闭合所述深孔；在所述III-V族化合物闭合所述深孔且封闭所述开口之后，进一步横向生长以在所述多个掩膜阻挡结构之上形成所述半导体层；所述衬底的顶部为多孔结构，且所述深孔形成在所述多孔结构中。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的顶部包括第一多孔层和第二多孔层，其中，所述第一多孔层的孔隙率大于所述第二多孔层的孔隙率，且所述深孔可以形成在所述第一多孔层和第二多孔层之中。

本发明实施例具有如下优点：

1、通过本发明实施例使得能够通过横向生长的方式在掩膜阻挡结构之上生长III-V族化合物，从而降低了III-V族化合物的位错密度。通过适当的工艺控制，可以将氮化物系III-V族化合物的外延控制为横向生长模式，非常有利于降低外延薄膜的位错密度。

2、在本发明的实施例中，通过工艺控制氮化物系III-V族化合物半导体材料(比如常用的GaN材料)在所述深孔中的横向生长速度大于在深孔中的垂直生长速度，且深孔的深度大于开口的宽度，因此可以在深孔的上部先闭合深孔，即在深孔顶部生长的氮化物系III-V族化合物也为横向生长，因此也能够进一步降低氮化物系III-V族化合物的位错密度，提高薄膜的生长厚度和生长质量。