[发明专利]氮化物半导体结构

说明书

本发明提供一种氮化物半导体结构。氮化物半导体结构包括衬底、碳化硅成核层、复合缓冲层以及氮化物半导体层。碳化硅成核层位于衬底上。复合缓冲层位于碳化硅成核层上。氮化物半导体层位于复合缓冲层上。此外，所述氮化物半导体结构为无氮化铝的半导体结构。

技术领域

本发明是有关于一种半导体结构，且特别是有关于一种氮化物半导体结构。

背景技术

近年来，氮化物发光二极管已广泛地应用于各领域。在氮化物半导体结构中，由于硅衬底具备高导热以及低成本等优点，因此，以硅衬底为基础的大尺寸的氮化物半导体已成为氮化物发光二极管中的重要元件。

然而，以氮化镓(GaN)半导体层为例，氮化镓半导体层与硅衬底之间的晶格差异为17％，且两者之间的热膨胀系数差异为54％。上述差异除了在冷却期间会因热应力过大而造成薄膜破裂外，也会使氮化镓半导体层在外延过程中产生内应力，进而造成薄膜龟裂并形成缺陷。因此，如何解决氮化物半导体层与硅衬底之间晶格与热膨胀系数不匹配的问题，以减少晶片的破裂、避免缺陷的产生，为当前所需研究的课题。

发明内容

本发明提供一种氮化物半导体结构，改善氮化镓与硅之间晶格与热膨胀系数不匹配的问题，以减少晶片的破裂，并避免缺陷的产生。

本发明提供一种氮化物半导体结构。氮化物半导体结构包括衬底、碳化硅成核层、复合缓冲层以及氮化物半导体层。碳化硅成核层位于衬底上。复合缓冲层位于碳化硅成核层上。氮化物半导体层位于复合缓冲层上。此外，氮化物半导体结构为无氮化铝(AlN free)的半导体结构。

在本发明的一实施例中，上述复合缓冲层包括第一缓冲层以及第二缓冲层，第一缓冲层接触碳化硅成核层。

在本发明的一实施例中，上述第一缓冲层包括Al_xGaN层，其中0<x<1。

在本发明的一实施例中，上述第二缓冲层包括相互交叠的多个Al_yGa_1-yN层以及多个Al_zGa_1-zN层，其中0<y<1，0<z<1且y不等于z。

在本发明的一实施例中，其中x>(y+z)/2。

在本发明的一实施例中，上述第二缓冲层包括氮化铝镓块体层。

在本发明的一实施例中，上述第二缓冲层包括铝含量阶梯渐变的氮化铝镓渐变层。

在本发明的一实施例中，上述第二缓冲层包括铝含量连续渐变的氮化铝镓渐变层。

在本发明的一实施例中，上述复合缓冲层还包括第三缓冲层，位于氮化物半导体层与第二缓冲层之间。

在本发明的一实施例中，上述第三缓冲层包括碳化硅层。

在本发明的一实施例中，上述第三缓冲层包括相互交叠的多个碳化硅层与多个氮化镓层。

在本发明的一实施例中，上述第三缓冲层的厚度介于约5纳米至100纳米之间。

在本发明的一实施例中，上述碳化硅成核层为立方晶系。

在本发明的一实施例中，上述碳化硅成核层的厚度介于50纳米至3000纳米之间。

在本发明的一实施例中，上述第一缓冲层的厚度介于约0.1微米至3微米之间。

在本发明的一实施例中，上述第二缓冲层的厚度介于约0.1微米至3微米之间。

在本发明的一实施例中，上述第一缓冲层以及第二缓冲层的厚度总合介于0.2微米至4微米之间。