本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法。

背景技術(shù)：

第三代半導體材料由于能量禁帶一般大于3.0電子伏，又被稱為寬禁帶半導體。相比于傳統(tǒng)的硅基和砷化鎵基半導體材料，寬禁帶半導體(例如碳化硅、氮化鎵、氮化鋁及氮化銦等)由于具有特有的禁帶范圍、優(yōu)良的光、電學性質(zhì)和優(yōu)異的材料性能，能夠滿足大功率、高溫高頻和高速半導體器件的工作要求，在汽車及航空工業(yè)、醫(yī)療、通訊、軍事、普通照明及特殊條件下工作的半導體器件等方面具有十分廣泛的應用前景。

氮化鎵作為典型的第三代半導體材料，具有直接帶隙寬、熱導率高等優(yōu)異性能而受到廣泛關(guān)注。氮化鎵相較于第一代和第二代半導體材料除了具有更寬的禁帶(在室溫下其禁帶寬度為3.4ev)，可以發(fā)射波長較短的藍光，其還具有高擊穿電壓、高電子遷移率、化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫及耐腐蝕等特點。因此，氮化鎵非常適合用于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的電子器件以及藍、綠光和紫外光電子器件。目前，氮化鎵半導體材料的研究和應用已成為全球半導體研究的前沿和熱點。

然而，目前氮化鎵的單晶生長困難、價格昂貴，大規(guī)?；耐|(zhì)外延的生長目前仍沒有可能。目前，氮化鎵的生長大多仍采用異質(zhì)外延，所選用的異質(zhì)襯底有硅襯底、碳化硅襯底和藍寶石襯底；在異質(zhì)襯底上生長氮化鎵會帶來晶格失配和熱失配導致器件中存在殘余應力影響其性能。為了進一步提高器件性能，需要將氮化鎵從異質(zhì)襯底上剝離以得到自支撐氮化鎵層。

目前所采用的剝離工藝主要有激光剝離、自剝離、機械剝離及化學腐蝕剝離等。其中，激光剝離技術(shù)常應用于分離藍寶石襯底上生長的氮化鎵，但是，激光剝離對氮化鎵晶體的平整度要求較高，且不易剝離較大尺寸的氮化鎵晶體；自剝離技術(shù)利用熱失配產(chǎn)生的應力作用于外延氮化鎵晶體與異質(zhì)襯底的特定連接處使得外延層和模板斷裂分離，但是，現(xiàn)有的自剝離的過程中產(chǎn)生的熱應力往往會造成氮化鎵外延層的破裂，或者外延層無法剝離，自剝離技術(shù)對氮化鎵晶體的生長工藝、圖形化襯底的設(shè)計及制作要求較高，自剝離獲得完整的氮化鎵晶體成品率較低；機械剝離是使用機械研磨切削除去異質(zhì)襯底，但是，機械剝離適用于硬度較低且易碎的異質(zhì)襯底；化學腐蝕剝離應用能除去異質(zhì)襯底且不易腐蝕氮化鎵的化學試劑除去背部的異質(zhì)襯底，化學剝離要求異質(zhì)襯底的熱穩(wěn)定好且易于腐蝕。由上可知，激光剝離工藝、機械剝離工藝及化學腐蝕剝離工藝均需在氮化鎵生長過程完成之后執(zhí)行額外的剝離工藝，增加了工藝步驟及工藝復雜程度，從而增加了成本，同時，激光剝離工藝、機械剝離工藝及化學腐蝕剝離工藝對異質(zhì)襯底均有苛刻的要求，普適性較差；現(xiàn)有的自剝離工藝雖然可以實現(xiàn)異質(zhì)襯底與氮化鎵的自剝離，但剝離過程中會對氮化鎵的質(zhì)量造成影響，成品率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種半導體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的剝離技術(shù)存在的上述問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法，所述半導體結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：

1)提供襯底；

2)于所述襯底的上表面形成含鎵分解層；

3)于所述含鎵分解層的上表面形成圖形化掩膜層；所述圖形化掩膜層內(nèi)形成有若干個開口，所述開口暴露出部分所述含鎵分解層；

4)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)進行處理，使所述含鎵分解層分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層，其中，所述分解重構(gòu)疊層包括內(nèi)部形成若干個第一孔洞的重構(gòu)分解層及位于所述開口暴露出的所述重構(gòu)分解層上表面的氮化鎵晶種層。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)中，所述襯底包括硅襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底、砷化鎵襯底或氮化鎵襯底中的任一種。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述含鎵分解層為氮化銦鎵層時，所述含鎵分解層中銦的物質(zhì)的量大于或等于銦和鎵總物質(zhì)的量的1％。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，形成的所述含鎵分解層的厚度為100nm～6μm。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，形成的所述圖形化掩膜層的材料包括鉻、銅、鈦、鎢、鎳或二氧化硅中的任一種。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)中，將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于含氮氣氛下進行高溫處理，使所述含鎵分解層分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于含氮氣氛下進行高溫處理，使所述含鎵分解層分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層包括如下步驟：

4-1)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于反應裝置中；

4-2)向所述反應裝置內(nèi)通入氨氣或氨氣與載氣的混合物；

4-3)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)加熱至處理溫度進行處理。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4-2)中，所述載氣包括氮氣、氫氣或氬氣中的至少一種。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4-2)中，氨氣的流量為10sccm～100slm。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4-3)中，所述處理溫度為700℃～1100℃；處理時間為1min～120min。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)與步驟2)之間還包括于所述襯底的上表面形成氮化鋁層的步驟，所述氮化鋁層位于所述襯底與所述含鎵分解層之間。

本發(fā)明還提供一種半導體結(jié)構(gòu)，所述半導體結(jié)構(gòu)包括：

襯底；

分解重構(gòu)疊層，位于所述襯底的上表面；所述分解重構(gòu)疊層包括內(nèi)部形成有若干個第一孔洞的重構(gòu)分解層及氮化鎵晶種層，其中，所述重構(gòu)分解層位于所述襯底的上表面，所述氮化鎵晶種層位于所述重構(gòu)分解層的上表面。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述襯底包括硅襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底、砷化鎵襯底或氮化鎵襯底。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述分解重構(gòu)疊層由含鎵分解層于含氮氣氛下經(jīng)高溫處理得到。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述含鎵分解層為氮化鎵層或氮化銦鎵層。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述半導體結(jié)構(gòu)還包括圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層內(nèi)形成有若干個開口，所述氮化鎵晶種層位于所述開口內(nèi)。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述開口沿所述圖形化掩膜層表面呈單一圖形的周期性排列

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述圖形化掩膜層的材料包括鉻、銅、鈦、鎢、鎳或二氧化硅中的任一種；當所述圖形化掩膜層的材料包括鉻、銅、鈦、鎢或鎳中的任一種時，所述圖形化掩膜層內(nèi)形成有若干個第二孔洞。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述半導體結(jié)構(gòu)還包括氮化鋁層，所述氮化鋁層位于所述襯底與分解重構(gòu)疊層之間。

作為本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述半導體結(jié)構(gòu)還包括氮化鋁層，所述氮化鋁層位于所述襯底與分解重構(gòu)疊層之間。

本發(fā)明還提供一種自支撐氮化鎵層的制備方法，所述自支撐氮化鎵層的制備方法包括如下步驟：

1)采用如上述任一方案中所述的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法制備所述半導體結(jié)構(gòu)；

2)在預設(shè)生長溫度下于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成氮化鎵層；

3)將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)的溫度降至室溫，使所述氮化鎵層自動剝離，以得到自支撐氮化鎵層。

作為本發(fā)明的自支撐氮化鎵層的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，采用金屬有機化學氣相沉積工藝、分子束外延工藝或氫化物氣相外延工藝于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成所述氮化鎵層。

作為本發(fā)明的自支撐氮化鎵層的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中采用氫化物氣相外延工藝于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成所述氮化鎵層包括如下步驟：

2-1)將所述半導體結(jié)構(gòu)置于氫化物氣相外延設(shè)備中，所述氫化物氣相外延設(shè)備內(nèi)包括鎵舟區(qū)及襯底區(qū)，所述半導體結(jié)構(gòu)位于所述襯底區(qū)；

2-2)向所述鎵舟區(qū)通入氯化氫以生成氯化鎵；向所述襯底區(qū)通入氨氣，所述氨氣與所述氯化鎵反應于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成氮化鎵層。

作為本發(fā)明的自支撐氮化鎵層的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2-2)中，v/iii為5～1000；氯化氫的流量為1sccm～1000sccm，所述氨氣的流量為10sccm～20slm。

作為本發(fā)明的自支撐氮化鎵層的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2-2)中，所述氮化鎵層的生長溫度為900℃～1100℃；所述氮化鎵層的厚度大于或等于300μm。

作為本發(fā)明的自支撐氮化鎵層的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)的溫度自然降至室溫或以5℃/min～30℃/min的降溫速率降至室溫。

本發(fā)明還提供一種自支撐氮化鎵層，所述自支撐氮化鎵層采用如上述任一方案中所述的制備方法制備而得到。

如上所述，本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法通過在襯底上形成含鎵分解層，并對含鎵分解層處理使含鎵分解層分解重構(gòu)以形成包括內(nèi)部形成若干個第一孔洞的重構(gòu)分解層及位于圖形化掩膜層的開口暴露出的所述重構(gòu)分解層上表面的氮化鎵晶種層的分解重構(gòu)疊層，在所述半導體結(jié)構(gòu)用于氮化鎵生長時，分解重構(gòu)疊層中的氮化鎵晶種層可以為后續(xù)氮化鎵的生長提供晶種，而重構(gòu)分解層內(nèi)部的孔洞不僅有利于后續(xù)生長的氮化鎵的自剝離，還可以減少后續(xù)生長的氮化鎵晶格間的應力，可以提高氮化鎵的生長質(zhì)量。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實施例一中提供的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。

圖2至圖7顯示為本發(fā)明實施例一中提供的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8及圖9顯示為本發(fā)明實施例二中提供的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法制備的半導體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10顯示為本發(fā)明實施例三中提供的自支撐氮化鎵層的制備方法的流程圖。

圖11至圖13顯示為本發(fā)明實施例三中提供的自支撐氮化鎵層的制備方法各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

10襯底

11含鎵分解層

12圖形化掩膜層

121開口

122第二孔洞

13分解重構(gòu)疊層

131分解重構(gòu)疊層

132第一孔洞

133氮化鎵晶種層

14氮化鋁層

15氮化鎵層

16自支撐氮化鎵層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖13，需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的形態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態(tài)也可能更為復雜。

實施例一

請參閱圖1，本發(fā)明提供一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法，所述半導體結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：

1)提供襯底；

2)于所述襯底的上表面形成含鎵分解層；

3)于所述含鎵分解層的上表面形成圖形化掩膜層；所述圖形化掩膜層內(nèi)形成有若干個開口，所述開口暴露出部分所述含鎵分解層；

4)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)進行處理，使所述含鎵分解層分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層，其中，所述分解重構(gòu)疊層包括掩膜下方分解層內(nèi)部形成的第一孔洞及位于所述開口暴露出的所述重構(gòu)分解層上表面的氮化鎵晶種層。

在步驟1)中，請參閱圖1中的s1步驟及圖2，提供襯底10。

作為示例，所述襯底10可以為硅襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底、砷化鎵襯底或氮化鎵襯底中的任一種。

在步驟2)中，請參閱圖1中的s2步驟及圖3，于所述襯底10的上表面形成含鎵分解層11。

作為示例，本實施例中的所述含鎵分解層11為單層材料層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，本實施例中，采用mocvd工藝或氨熱法于所述襯底10的上表面形成氮化鎵層或氮化銦鎵層作為所述含鎵分解層11。采用mocvd工藝或氨熱法形成氮化鎵層或氮化銦鎵層的工藝為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再累述。

作為示例，當所述含鎵分解層11為氮化銦鎵層時，所述含鎵分解層11中銦的物質(zhì)的量大于或等于銦和鎵總物質(zhì)的量的1％；優(yōu)選地，所述含鎵分解層11中銦的物質(zhì)的量占銦和鎵總物質(zhì)的量的1％～30％；更為優(yōu)選地，所述含鎵分解層11中銦的物質(zhì)的量占銦和鎵總物質(zhì)的量的3％～20％；更為優(yōu)選地，所述含鎵分解層11中銦的物質(zhì)的量占銦和鎵總物質(zhì)的量的5％～15％。

作為示例，形成的所述含鎵分解層11的厚度可以為但不僅限于100nm～6μm；優(yōu)選地，所述含鎵分解層11的厚度為150nm～1000nm；更為優(yōu)選地，所述含鎵分解層11的厚度為200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm。

在步驟3)中，請參閱圖1中的s3步驟及圖4，于所述含鎵分解層11的上表面形成圖形化掩膜層12；所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有若干個開口121，所述開口121暴露出部分所述含鎵分解層11。

作為示例，形成的所述圖形化掩膜層12的材料可以為鉻、銅、鈦、鎢、鎳或二氧化硅中的任一種。

作為示例，所述開口121沿所述圖形化掩膜層12的表面呈單一圖形的周期性排列，如呈四方周期排列或呈六方周期排列。當然，在其他示例中，所述開口121沿所述圖形化掩膜層12的表面還可以呈五方周期排列、八方周期排列、圓形周期排列等等任一一種排列形式。

作為示例，所述圖形化掩膜層12的厚度可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，優(yōu)選地，本實施例中，所述圖形化掩膜層12的厚度可以為但不僅限于1nm～2000nm；優(yōu)選地，所述圖形化掩膜層12的厚度可以為10nm～1000nm。

作為示例，所述圖形化掩膜層12的開孔周期為0.1μm～50μm；更為優(yōu)選地，本實施例中，所述圖形化掩膜層12的開孔周期為1μm～20μm。

作為示例，所述開口121的形狀可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，所述開口121的形狀可以為圓形、正方形、六邊形等等或任意形狀的對稱多邊形；所述開口121的橫向尺寸可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，優(yōu)選地，所述開口121的橫向尺寸可以為0.1μm～50μm；優(yōu)選地，所述開口121的橫向尺寸為1μm～20μm；即當所述開口121的形狀為圓形時，所述開口121的直徑可以為0.1μm～50μm，優(yōu)選為1μm～20μm。

在步驟4)中，請參閱圖1中的s4步驟及圖5至圖6，將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)進行處理，使所述含鎵分解層11分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層13，其中，所述分解重構(gòu)疊層13包括內(nèi)部形成若干個第一孔洞132的重構(gòu)分解層131及位于所述開口121暴露出的所述重構(gòu)分解層131上表面的氮化鎵晶種層133。

作為示例，將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于含氮氣氛下進行高溫處理，使所述含鎵分解層11分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層13。

具體的，將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于含氮氣氛下進行高溫處理，使所述含鎵分解層11分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層13包括如下步驟：

4-1)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)置于反應裝置中；

4-2)向所述反應裝置內(nèi)通入氨氣或氨氣與載氣的混合物；

4-3)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)加熱至處理溫度進行處理。

作為示例，步驟4-2)中，所述載氣可以為氮氣、氫氣或氬氣中的至少一種。

作為示例，步驟4-2)中，氨氣的流量為10sccm～100slm，優(yōu)選地，氨氣的流量為20sccm-10slm。

作為示例，步驟4-3)中，所述處理溫度為700℃～1100℃，優(yōu)選地，所述處理溫度為900℃～1080℃，更為優(yōu)選地，所述處理溫度為950℃～1070℃，；處理時間為1min～120min，優(yōu)選地，所述處理時間為20min～80min。

在步驟4)的處理條件下，位于所述圖形化掩膜層12下方的所述含鎵分解層11由于氮分壓過低，所述含鎵分解層11會部分分解重構(gòu)或全部分解重構(gòu)，發(fā)生分解反應以分解出鎵，分解的鎵向所述圖形化掩膜層12的開口121處移動(即向氮分壓較高的地方移動)；當分解的鎵移動到所述圖形化掩膜層12的開口121處時，由于氮分壓在此處較高，鎵便于氮元素反應生成氮化鎵，生成的氮化鎵重新沉積在所述圖形化掩膜層12的開口121處，形成所述氮化鎵晶種層133，所述氮化鎵晶種層133為后續(xù)氮化鎵的生長提供晶種；而所述圖形化掩膜層12下方的所述含鎵分解層11由于分解，便重構(gòu)形成內(nèi)部具有所述第一孔洞132的重構(gòu)分解層131，所述第一孔洞132不僅有利于后續(xù)在所述半導體結(jié)構(gòu)上生長的氮化鎵的自動剝離，也減少了后續(xù)生長的氮化鎵晶格間的應力，提高氮化鎵的生長質(zhì)量。

需要說明的是，在步驟4)中，可以為只有所述含鎵分解層11的上部發(fā)生分解反應，并在得到的所述重構(gòu)分解層131的上部形成有所述第一孔洞132，如圖5及圖6所示；當然，在其他示例中，也可以僅為所述含鎵分解層11的中部或下部發(fā)生分解反應，并在得到的所述重構(gòu)分解層131的中部或下部形成有所述第一孔洞132；還可以為在整個所述含鎵分解層11內(nèi)都發(fā)生分解反應，在得到的整個所述重構(gòu)分解層131內(nèi)均形成有所述第一孔洞132。

需要進一步說明的是，在步驟4)中，當所述圖形化掩膜層12的材料為鉻、銅、鈦、鎢或鎳時，在所述含鎵分解層11分解重構(gòu)的過程中，所述圖形化掩膜層12也會發(fā)生氮化反應，反應后所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有若干個第二孔洞122，如圖5所示；當所述圖形化掩膜層12的材料為二氧化硅時，在所述含鎵分解層11分解重構(gòu)的過程中，所述圖形化掩膜層12不會發(fā)生任何反應，所述圖形化掩膜層12內(nèi)也不會形成有孔洞，如圖6所示。該步驟得到的結(jié)構(gòu)的sem(掃描電鏡)圖如圖7所示。

請繼續(xù)參閱圖5及圖6，本發(fā)明還提供一種半導體結(jié)構(gòu)，所述半導體結(jié)構(gòu)由本實施例中上述的制備方法制備而得到，所述半導體結(jié)構(gòu)包括：襯底10；分解重構(gòu)疊層13，所述分解重構(gòu)疊層13位于所述襯底10的上表面；所述分解重構(gòu)疊層13包括內(nèi)部形成有若干個第一孔洞132的重構(gòu)分解層131及氮化鎵晶種層133，其中，所述重構(gòu)分解層131位于所述襯底10的上表面，所述氮化鎵晶種層133位于所述重構(gòu)分解層131的上表面。

作為示例，所述襯底10可以為硅襯底、藍寶石襯底、碳化硅襯底、砷化鎵襯底或氮化鎵襯底。

作為示例，所述分解重構(gòu)疊層13由含鎵分解層于含氮氣氛下經(jīng)高溫處理得到，所述含鎵分解層為單層材料層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，本實施例中，所述含鎵分解層13為氮化鎵層或氮化銦鎵層。所述含鎵分解層13的特性及形成所述分解重構(gòu)疊層13的方法請參閱本實施例中上述制備方法中的第4)步驟，此處不再累述。

作為示例，所述半導體結(jié)構(gòu)還包括圖形化掩膜層12，所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有若干個開口121，所述氮化鎵晶種層133位于所述開口121內(nèi)。

作為示例，所述開口121沿所述圖形化掩膜層12的表面呈四方周期排列或呈六方周期排列。當然，在其他示例中，所述開口121沿所述圖形化掩膜層12的表面還可以呈五方周期排列、八方周期排列、圓形周期排列等等任一一種排列形式。

作為示例，所述圖形化掩膜層12的厚度可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，優(yōu)選地，本實施例中，所述圖形化掩膜層12的厚度可以為但不僅限于1nm～2000nm；優(yōu)選地，所述圖形化掩膜層12的厚度可以為10nm～1000nm。

作為示例，所述圖形化掩膜層12的開孔周期可以為但不僅限于0.1μm～50μm；更為優(yōu)選地，本實施例中，所述圖形化掩膜層12的開孔周期為1μm～20μm。

作為示例，所述開口121的形狀可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，所述開口121的形狀可以為圓形、橢圓形或任意形狀的多邊形；所述開口121的橫向尺寸可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，優(yōu)選地，所述開口121的橫向尺寸可以為0.1μm～50μm；優(yōu)選地，所述開口121的橫向尺寸為1μm～20μm；即當所述開口121的形狀為圓形時，所述開口121的直徑可以為0.1μm～50μm，優(yōu)選為1μm～20μm。

作為示例，所述圖形化掩膜層12的材料可以為鉻、銅、鈦、鎢、鎳或二氧化硅中的任一種。當所述圖形化掩膜層12的材料為鉻、銅、鈦、鎢或鎳中的任一種時，所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有若干個第二孔洞122，如圖5所示；當所述圖形化掩膜層12的材料為二氧化硅時，所述圖形化掩膜層12內(nèi)沒有任何孔洞，如圖6所示。

實施例二

請結(jié)合圖1至圖6參閱圖8及圖9，本發(fā)明還提供一種半導體結(jié)構(gòu)的制備方法，本實施例中所述的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法與實施例一中所述的制備方法大致相同，二者的區(qū)別在于：本實施例的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法相較于實施例一中所述的制備方法，在實施例一中所述的制備方法的步驟1)與步驟2)之間增設(shè)了一于所述襯底10的上表面形成氮化鋁層14的步驟，所述氮化鋁層14位于所述襯底10與所述含鎵分解層11之間；即先在所述襯底10的上表面形成所述氮化鋁層14，再在所述氮化鋁層14的上表面形成所述含鎵分解層11。在所述襯底10與所述含鎵分解層11之間增設(shè)所述氮化鋁層14，可以減少所述襯底10與所述含鎵分解層11之間的晶格失配。本實施例中后續(xù)其他步驟均與實施例一中所述的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法的其他步驟相同，具體請參閱實施例一，此處不再累述。

作為示例，可以采用物理氣相沉積工藝或化學氣相沉積工藝在所述襯底10的上表面形成所述氮化鋁層14。當然，任何其他形成所述氮化鋁層14的工藝均可以用于此，此處不做限定。

請繼續(xù)參閱圖8及圖9，本實施例還提供一種半導體結(jié)構(gòu)，所述半導體結(jié)構(gòu)由本實施例中上述的制備方法制備而得到，即本實施例中所述的半導體結(jié)構(gòu)與實施例一中所述的半導體結(jié)構(gòu)大致相同，二者的區(qū)別在于：本實施例中所述的半導體結(jié)構(gòu)在實施例一中所述的半導體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了氮化鋁層14，所述氮化鋁層14位于所述襯底10與所述分解重構(gòu)疊層13之間，更為具體的，所述氮化鋁層14位于所述襯底10與所述重構(gòu)分解層131之間。

作為示例，所述氮化鋁層14的厚度可以為但不僅限于10nm～500nm；優(yōu)選地，所述氮化鋁層14的厚度為20nm～200nm。

本實施例中所述半導體結(jié)構(gòu)中的其他結(jié)構(gòu)均與實施例一中所述的半導體結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)相同，具體請參閱實施例一，此處不再累述。

實施例三

請參閱圖10，本發(fā)明還提供一種自支撐氮化鎵層的制備方法，所述自支撐氮化鎵層的制備方法包括如下步驟：

1)采用如實施例一或?qū)嵤├兴龅陌雽w結(jié)構(gòu)的制備方法制備所述半導體結(jié)構(gòu)；

2)在預設(shè)生長溫度下于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成氮化鎵層；

3)將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)的溫度降至室溫，使所述氮化鎵層自動剝離，以得到自支撐氮化鎵層。

在步驟1)中，請參閱圖10中的s1步驟，采用如實施例一或?qū)嵤├兴龅陌雽w結(jié)構(gòu)的制備方法制備所述半導體結(jié)構(gòu)。

作為示例，制備所述半導體結(jié)構(gòu)的具體方法請參閱實施例一及實施例二，此處不再累述。

在步驟2)中，請參閱圖10中的s2步驟及圖11，在預設(shè)生長溫度下于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成氮化鎵層15。

需要說明的是，為了便于附圖說明，本實施例的附圖僅以實施例一中附圖6對應的半導體結(jié)構(gòu)作為示例，實施例一及實施例二中與附圖6不同的半導體結(jié)構(gòu)也在本實施例的保護范圍之內(nèi)。

作為示例，可以采用金屬有機化學氣相沉積工藝、分子束外延工藝或氫化物氣相外延工藝于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成所述氮化鎵層15。

作為示例，采用氫化物氣相外延工藝于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成所述氮化鎵層15包括如下步驟：

2-1)將所述半導體結(jié)構(gòu)置于氫化物氣相外延設(shè)備中，所述氫化物氣相外延設(shè)備內(nèi)包括鎵舟區(qū)及襯底區(qū)，所述半導體結(jié)構(gòu)位于所述襯底區(qū)；

2-2)向所述鎵舟區(qū)通入氯化氫以生成氯化鎵；向所述襯底區(qū)通入氨氣，所述氨氣與所述氯化鎵反應于所述半導體結(jié)構(gòu)的上表面形成氮化鎵層15。

作為示例，步驟2-2)中，形成所述氮化鎵層15的v/iii(氮與鎵的摩爾比)為5～1000，優(yōu)選地，本實施例中，形成所述氮化鎵層15的v/iii為10～700；氯化氫的流量為1sccm(標準毫升每分鐘)～1000sccm，所述氨氣的流量為10sccm～20slm(標準升每分鐘)。

作為示例，步驟2-2)中，所述氮化鎵層15的生長溫度為900℃～1100℃；所述氮化鎵層15的厚度大于或等于300μm，優(yōu)選地，所述氮化鎵層15的厚度為300μm～1500μm。

在步驟3)中，請參閱圖10中的s3步驟及圖12及圖13，將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)的溫度降至室溫，使所述氮化鎵層15自動剝離，以得到自支撐氮化鎵層16。

作為示例，將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)的溫度自然降至室溫或以5℃/min～30℃/min的降溫速率降至室溫，在降溫過程中，使所述氮化鎵層15自動剝離，以得到自支撐氮化鎵層16；具體的，當所述圖形化掩膜層12內(nèi)沒有任何孔洞的半導體結(jié)構(gòu)中，在降溫過程中，所述氮化鎵層15從所述重構(gòu)分解層131內(nèi)具有所述第一孔洞132的部位自動剝離，如圖12所示；當所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有所述第二孔洞122時，在降溫過程中，所述氮化鎵層15從所述圖形化掩膜層12處及所述重構(gòu)分解層131內(nèi)具有所述第一孔洞132的部位自動剝離。

需要說明的是，步驟2)中在所述半導體結(jié)構(gòu)上形成所述氮化鎵層15時，所述氮化鎵層15自所述氮化鎵晶種層133橫向生長的過程中，會在所述圖形化掩膜層12上方的部分所述氮化鎵層15內(nèi)形成第三孔洞，此時，在降溫過程中，當所述圖形化掩膜層12內(nèi)沒有任何孔洞時，所述氮化鎵層15從所述圖形化掩膜層12上方的第三孔洞處及所述重構(gòu)分解層131內(nèi)具有所述第一孔洞132的部位自動剝離；當所述圖形化掩膜層12內(nèi)形成有所述第二孔洞122時，在降溫過程中，所述氮化鎵層15從所述圖形化掩膜層12上方的第三孔洞處、所述圖形化掩膜層12處及所述重構(gòu)分解層131內(nèi)具有所述第一孔洞132的部位自動剝離。

需要進一步說明的是，所述氮化鎵層15自動剝離之后，還包括對剝離的所述氮化鎵層15進行表面處理的步驟，以去除殘留的所述重構(gòu)分解層131、所述圖形化掩膜層12及所述氮化鎵晶種層133，并對所述氮化鎵層15的表面進行研磨拋光等處理，以得到所需厚度、表面平整度較高的所述自支撐氮化鎵層16，如圖13所示。

實施例四

請繼續(xù)參閱圖13，本發(fā)明還提供一種自支撐氮化鎵層16，所述自支撐氮化鎵層16采用實施例三中所述的制備方法制備而得到。具體的制備方法請參閱實施例三，此處不再累述。

綜上所述，本發(fā)明提供一種半導體結(jié)構(gòu)、自支撐氮化鎵層及其制備方法，所述半導體結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：1)提供襯底；2)于所述襯底的上表面形成含鎵分解層；3)于所述含鎵分解層的上表面形成圖形化掩膜層；所述圖形化掩膜層內(nèi)形成有若干個開口，所述開口暴露出部分所述含鎵分解層；4)將步驟3)得到的結(jié)構(gòu)進行處理，使所述含鎵分解層分解重構(gòu)以得到分解重構(gòu)疊層，其中，所述分解重構(gòu)疊層包括內(nèi)部形成若干個第一孔洞的重構(gòu)分解層及位于所述開口暴露出的所述重構(gòu)分解層上表面的氮化鎵晶種層。本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的制備方法通過在襯底上形成含鎵分解層，并對含鎵分解層處理使含鎵分解層分解重構(gòu)以形成包括內(nèi)部形成若干個第一孔洞的重構(gòu)分解層及位于圖形化掩膜層的開口暴露出的所述重構(gòu)分解層上表面的氮化鎵晶種層的分解重構(gòu)疊層，在所述半導體結(jié)構(gòu)用于氮化鎵生長時，分解重構(gòu)疊層中的氮化鎵晶種層可以為后續(xù)氮化鎵的生長提供晶種，而重構(gòu)分解層內(nèi)部的孔洞不僅有利于后續(xù)生長的氮化鎵的自剝離，還可以減少后續(xù)生長的氮化鎵晶格間的應力，可以提高氮化鎵的生長質(zhì)量。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。