一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底，包括硅襯底本體，特征是：在硅襯底邊緣設(shè)有將硅襯底內(nèi)部完全封閉的隔離帶，隔離區(qū)為隔離帶和硅襯底邊界線之間的區(qū)域，隔離帶和隔離區(qū)構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過在硅襯底邊緣設(shè)置隔離帶，隔離帶將硅襯底上生長(zhǎng)的氮化物薄膜被分離成相互獨(dú)立的兩部分，使得始發(fā)于氮化物薄膜邊緣的裂紋不能傳遞到硅襯底內(nèi)部，從而有效保障了被隔離帶硅包圍的襯底內(nèi)部的氮化物薄膜的質(zhì)量，且不會(huì)損害其有效使用面積。本發(fā)明將隔離帶和硅襯底邊界線之間的隔離區(qū)進(jìn)行圖形化，使隔離區(qū)成為圖形化的隔離區(qū)，這樣可以進(jìn)一步減少隔離區(qū)內(nèi)裂紋的產(chǎn)生、限制裂紋的傳遞，增強(qiáng)本發(fā)明的效果。
【專利說明】一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的外延【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種用于生長(zhǎng)GaN基LED薄膜材料的具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底。
【背景技術(shù)】
[0002]以GaN、InGaN、AlGaN為主的II1- V氮化物半導(dǎo)體材料近年來備受關(guān)注并獲得飛速發(fā)展，其具有1.9?6.2eV連續(xù)可變的直接帶隙、優(yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性以及高飽和電子遷移率等特點(diǎn)，使其成為了激光器、發(fā)光二極管等光電子器件的最優(yōu)選材料。
[0003]由于GaN單晶很難獲得，GaN的外延生長(zhǎng)多在異質(zhì)襯底上進(jìn)行。除了最常用的藍(lán)寶石(c面)襯底和6H-SiC襯底，近年來硅(111)面襯底也被廣泛關(guān)注。硅襯底具有價(jià)格便宜、尺寸更大、易于剝離、導(dǎo)電、熱導(dǎo)率比較高等優(yōu)點(diǎn)，且硅材料的加工工藝和集成技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，使得硅襯底GaN基LED具有易于大規(guī)模集成的潛在優(yōu)勢(shì)。然而Si與GaN之間具有巨大的晶格失配以及熱失配，這在生長(zhǎng)過程中會(huì)引入巨大的拉伸應(yīng)力，而此拉伸應(yīng)力通常會(huì)引起外延薄膜的廣泛性龜裂現(xiàn)象，從而嚴(yán)重阻礙了硅襯底II1- V氮化物在光電子器件中的實(shí)際應(yīng)用。
[0004]為了在硅襯底上生長(zhǎng)無龜裂的高質(zhì)量的GaN基LED薄膜，近年來世界各地的研究者和技術(shù)人員發(fā)明和改進(jìn)了各種外延生長(zhǎng)技術(shù)，其中卓有成效的主要有圖形化硅襯底技術(shù)和以AlGaN為主的緩沖層技術(shù)。圖形化硅襯底技術(shù)是通過在硅襯底上設(shè)置隔離區(qū)來釋放應(yīng)力，從而生長(zhǎng)出無龜裂的GaN基LED薄膜，這種技術(shù)損失了一部分有效的生長(zhǎng)面積并對(duì)后續(xù)的芯片制造具有一定的限制性。AlGaN緩沖層技術(shù)是通過在硅襯底和GaN基LED薄膜之間插入緩沖層來控制GaN基LED薄膜所受的應(yīng)力，沿著AlGaN緩沖層的生長(zhǎng)方向，其應(yīng)力狀態(tài)是一個(gè)拉伸應(yīng)力逐漸減小甚至變?yōu)閴簯?yīng)力的變化過程。然而，由于硅襯底邊緣拋光效果不好、晶體質(zhì)量較差，在硅襯底邊緣生長(zhǎng)的AlGaN緩沖層和GaN基LED薄膜也通常質(zhì)量較差、有較多裂紋，而裂紋一旦產(chǎn)生，則較易往外延薄膜的內(nèi)部傳遞下去。上述現(xiàn)象在大尺寸硅襯底上生長(zhǎng)GaN基LED薄膜時(shí)更為明顯。因此，發(fā)明一種可以有效控制邊緣裂紋傳遞的氮化物生長(zhǎng)襯底顯得很有必要。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種用于生長(zhǎng)GaN基LED薄膜的具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底，它可以有效地控制外延薄膜邊緣上的裂紋向外延薄膜內(nèi)部傳遞，從而提高了外延薄膜的質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底，包括硅襯底本體，特征是:在硅襯底邊緣設(shè)有將硅襯底內(nèi)部完全封閉的隔離帶，隔離區(qū)為隔離帶和硅襯底邊界線之間的區(qū)域，隔離帶和隔離區(qū)構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步地，所述隔離帶的形狀與硅襯底本體的形狀相同，隔離帶與硅襯底邊界線的距離為0.5謹(jǐn)?2謹(jǐn)。[0008]進(jìn)一步地,所述隔離帶為圓形，隔離帶的半徑比娃襯底的半徑小0.5mm?2mm。
[0009]進(jìn)一步地，所述隔離帶的寬度為5 μ m?100 μ m。
[0010]進(jìn)一步地，所述隔離帶為下凹的溝槽或上凸的介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜的材料為SiO2或 SiNx 或 SiON0
[0011]優(yōu)選地，所述隔離區(qū)為圖形化的隔離區(qū)，隔離區(qū)的表面被圖形分隔帶分隔成了周期性的圖形單元。
[0012]進(jìn)一步地，所述圖形分隔帶的寬度為2?50um。
[0013]進(jìn)一步地，所述圖形分隔帶為下凹的溝槽或上凸的介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜的材料為SiO2 或 SiNx 或 SiON0
[0014]本發(fā)明通過在硅襯底邊緣設(shè)置隔離帶，隔離帶將硅襯底上生長(zhǎng)的氮化物薄膜被分離成相互獨(dú)立的兩部分，使得始發(fā)于氮化物薄膜邊緣的裂紋不能傳遞到硅襯底內(nèi)部，從而有效保障了被隔離帶硅包圍的襯底內(nèi)部的氮化物薄膜的質(zhì)量。其次，將隔離帶和硅襯底邊界線之間的隔離區(qū)進(jìn)行圖形化，使隔離區(qū)成為圖形化的隔離區(qū)，這樣可以進(jìn)一步減少隔離區(qū)內(nèi)裂紋的產(chǎn)生、限制裂紋的傳遞，增強(qiáng)本發(fā)明的效果。另外，隔離帶和圖形分隔帶還可以有效釋放氮化物薄膜的應(yīng)力，從而提高氮化物薄膜的質(zhì)量。
[0015]此外，所述隔離帶和隔離區(qū)位于硅襯底邊緣，面積非常有限，并不會(huì)影響硅襯底和氮化物薄膜的有效使用面積。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中:1-硅襯底本體，2-隔離帶，3-隔離區(qū)，4-圖形分隔帶，5-硅襯底邊緣，6_硅襯底內(nèi)部,7-硅襯底邊界線。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0019]實(shí)施例1:
本實(shí)施例提供一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底，包括硅襯底本體I，在硅襯底邊緣5設(shè)有將硅襯底內(nèi)部6完全封閉的隔離帶2，隔離區(qū)3為隔離帶2和硅襯底邊界線7之間的區(qū)域，隔離帶2和隔離區(qū)3構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)。
[0020]隔離帶2的形狀與硅襯底本體I的形狀相同，隔離帶2與硅襯底邊界線7的距離為 2mm。
[0021]隔離帶2為下凹的溝槽，其寬度20 μ m。
[0022]隔離區(qū)3為圖形化的隔離區(qū)，隔離區(qū)3的表面被圖形分隔帶4分隔成了周期性的圖形單元。
[0023]圖形分隔帶4為下凹的溝槽，其寬度為20 μ m。
[0024]實(shí)施例2:
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于:
隔離帶2為圓形，隔離帶2的半徑比硅襯底本體I的半徑小2_。
[0025]隔離帶2為上凸的介質(zhì)膜，此介質(zhì)膜的材料為Si02。
[0026]隔離帶2的寬度為10 μ m。[0027]隔離區(qū)3為圖形化的隔離區(qū)，隔離區(qū)3的表面被圖形分隔帶4分隔成了周期性的圖形單元。
[0028]圖形分隔帶4為上凸的介質(zhì)膜，圖形分隔帶4的寬度為10 μ m，此介質(zhì)膜的材料為SiON。
【權(quán)利要求】
1.一種具有邊緣隔離結(jié)構(gòu)的硅襯底，包括硅襯底本體，其特征在于:在硅襯底邊緣設(shè)有將硅襯底內(nèi)部完全封閉的隔離帶，隔離區(qū)為隔離帶和硅襯底邊界線之間的區(qū)域，隔離帶和隔離區(qū)構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離帶的形狀與硅襯底本體的形狀相同，隔離帶與硅襯底邊界線的距離為0.5mm?2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離帶為圓形，隔離帶的半徑比硅襯底半徑小0.5mm?2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離帶的寬度為5-100μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離帶為下凹的溝槽或上凸的介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜的材料為SiO2或SiNx或SiON。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離帶的寬度為5-100μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底，其特征在于:所述隔離區(qū)為圖形化的隔離區(qū)，隔離區(qū)的表面被圖形分隔帶分隔成了周期性的圖形單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅襯底，其特征在于:所述圖形分隔帶為下凹的溝槽或上凸的介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜的材料為SiO2或SiNx或SiON。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅襯底，其特征在于:所述圖形分隔帶的寬度為2?50μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硅襯底，其特征在于:所述圖形分隔帶為下凹的溝槽或上凸的介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜的材料為SiO2或SiNx或SiON。
【文檔編號(hào)】H01L33/02GK103746051SQ201310640318
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】王立, 江風(fēng)益 申請(qǐng)人:南昌大學(xué), 南昌黃綠照明有限公司