[发明专利]垂直结构器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种垂直结构器件及其制备方法，涉及半导体器件技术领域。通过在低温氮化铝层通过形成三维岛状结构，三维岛状结构之间具有间隙，制作高温氮化铝层时，氮化铝材料没有将三维岛状结构之间的间隙填充满的情况下，氮化铝材料就会快速合拢形成将三维岛状结构封闭的高温氮化铝层，没有被氮化铝材料填充满的三维岛状结构之间的间隙就可以在低温氮化铝层和高温氮化铝层的界面处形成大量的空洞，这些空洞可以使得低温氮化铝层和高温氮化铝容易分离。同时通过将高温氮化铝层刻蚀去除后形成粗糙的表面，在发光器件中，粗糙的表面有利于减少全反射，提高发光器件的光提取效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种垂直结构器件及其制备方法。

背景技术

近年来，第三代半导体材料铝铟镓氮(AlInGaN)因其耐高温、抗辐射、耐化学腐蚀、高发光效率等优良特性而受到广泛关注，已在蓝光和白光发光二极管和激光器等领域实现了商业化应用。然而基于高铝组分铝镓氮(AlGaN)材料的光电器件和电子器件进展仍然缓慢，较差的材料质量和芯片性能是造成这一现象的重要原因。首先，由于AlN单晶衬底存在尺寸小、质量差、价格高、存在禁运问题等，目前商业化的AlN基板主要是生长在蓝宝石、硅、碳化硅、金属衬底等异质衬底上，由于AlN和异质衬底之间较大的热失配和晶格失配，同时Al原子的迁移能力较弱，这导致AlN外延层中存在较大的应变和高密度的位错；其次，对于大功率器件来说，出光效率和散热性能要求比较高，较厚的衬底材料会严重影响器件的光提取效率和散热性能，降低器件的效率和可靠性。

为改善大功率器件的光提取效率和散热性能，人们发展了制备垂直结构器件的方法。SiC和金属衬底导电和导热性能较好，制备垂直结构电力电子器件等通常不需剥离，但是对短波长光电器件存在严重的光吸收问题。Si衬底可通过化学腐蚀的方法剥离，但是Si基AlInGaN器件应变问题更加严重、晶体质量更差，器件性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种垂直接结构器件及其制备方法，可以得到性能更好的垂直结构器件。

本发明提供的技术方案如下：

一种垂直结构器件的制备方法，包括：

提供第一衬底；

基于所述第一衬底生长氮化铝缓冲层，所述氮化铝缓冲层包括多个缓冲岛结构；

在第一温度范围内，基于所述氮化铝缓冲层生长低温氮化铝层，所述低温氮化铝层包括多个三维岛状结构，所述三维岛状结构之间形成空隙；

在第二温度范围内，基于所述低温氮化铝层生长高温氮化铝层，所述三维岛状结构之间的空隙在所述低温氮化铝层和高温氮化铝层之间形成空洞；

基于所述高温氮化铝层生长外延层；

基于所述外延层制作芯片结构，并在所述外延层远离所述高温氮化铝层一侧固定第二衬底，所述芯片结构包括第一电极；将所述第一衬底、氮化铝缓冲层和低温氮化铝层剥离，保留高温氮化铝层、外延层、芯片结构和第二衬底；

将保留下的高温氮化铝层刻蚀去除，在所述外延层远离所述第二衬底的一侧制作第二电极，形成垂直结构器件。

进一步地，所述氮化铝缓冲层的厚度为5-50nm。

进一步地，所述缓冲岛的横截面尺寸为5-30nm。

进一步地，所述低温氮化铝层的生长温度为800-1100摄氏度。

进一步地，所述低温氮化铝层的厚度为20-500nm。

进一步地，所述高温氮化铝层的生长速度大于0.5μm/h。

进一步地，所述低温氮化铝层和高温氮化铝层的厚度之和大于1μm。