[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造技术领域，特别地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GaN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GaN系外延材料薄膜自身的特性，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GaN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GaN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GaN薄膜的位错密度，产生了一种利用GaN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。

为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体结构，包括：衬底；形成在所述衬底之上的第一半导体层，所述第一半导体层由第一化合物半导体材料构成；形成在所述第一半导体层之上的多个第一掩膜阻挡结构，每两个所述第一掩膜阻挡结构之间具有第一开口；第二半导体层，所述第二半导体层形成在所述第一半导体层之上，且所述第二半导体层填充所述第一开口，所述第二半导体层由所述第一化合物半导体材料构成；形成在所述第二半导体层之上的多个第二掩膜阻挡结构，每两个所述第二掩膜阻挡结构之间具有第二开口，其中，所述每个第二掩膜阻挡结构形成在每个所述第一开口之上以阻挡所述第二半导体层从所述第一开口向上延伸的位错缺陷；和第三半导体层，所述第三半导体层形成在所述第二半导体层之上，且所述第三半导体层填充所述第二开口，所述第三半导体层由所述第一化合物半导体材料构成。

在本发明的一个实施例中，所述衬底包括Si衬底、蓝宝石衬底或GaAs衬底、ZnO衬底、LiAlO2衬底、LigaO2衬底、SiC衬底、GaP衬底、InP衬底；所述第一化合物半导体材料为GaN；所述第二化合物半导体材料为AlN；所述掩膜阻挡结构为SiO2或SiN。

在本发明的一个实施例中，还包括：第四半导体层，所述第四半导体层形成在所述衬底和所述第一半导体层之间，且所述第四半导体层由第二化合物半导体材料构成。

在本发明的一个实施例中，还包括：形成在所述衬底和所述第一半导体层之间的多孔结构，其中，所述多孔结构的表面为在氢气气氛中退火形成的平面。

在本发明的一个实施例中，还包括：所述多孔结构包括：形成在所述衬底之上的第一多孔层；和形成在所述第一多孔层之上的第二多孔层，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，且所述第二多孔层的表面为在氢气气氛中退火形成的平面。

本发明的另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；在所述衬底之上形成第一半导体层，其中，所述第一半导体层由第一化合物半导体材料构成；在所述第一半导体层之上形成第一掩膜层，并刻蚀所述第一掩膜层以形成多个第一掩膜阻挡结构，每两个所述第一掩膜阻挡结构之间具有第一开口；淀积所述第一化合物半导体材料以填充所述第一开口及在所述第一半导体层之上形成第二半导体层；在所述第二半导体层之上形成第二掩膜层，并刻蚀所述第二掩膜层以形成多个第二掩膜阻挡结构，每两个所述第一掩膜阻挡结构之间具有第二开口，其中，所述每个第二掩膜阻挡结构形成在每个所述第一开口之上以阻挡所述第二半导体层从所述第一开口向上延伸的位错缺陷；和淀积所述第一化合物半导体材料以填充所述第二开口及在所述第二半导体层之上形成第三半导体层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底包括Si衬底、蓝宝石衬底或GaAs衬底、ZnO衬底、LiAlO₂衬底、LigaO₂衬底、SiC衬底、GaP衬底、InP衬底；所述第一化合物半导体材料为GaN；所述第二化合物半导体材料为AlN；所述掩膜阻挡结构为SiO₂或SiN。

在本发明的一个实施例中，还包括：在所述衬底和所述第一半导体层之间形成第四半导体层，且所述第四半导体层由第二化合物半导体材料构成。

在本发明的一个实施例中，还包括：对所述衬底进行阳极氧化以在所述衬底的顶部形成多孔结构。