半导体衬底及其制造方法技术

本文涉及一种半导体衬底，包括：生长衬底；设置在所述生长衬底上的一个或多个化合物半导体层；和设置在所述化合物半导体层之间的一个或多个控制层。每个控制层包括至少包含Al的多个氮化物半导体层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体衬底。本专利技术还涉及一种半导体衬底的制造方法。
技术介绍
多种使用化合物半导体材料的电子装置正在开发中。电子装置的实例可以包括太阳能电池、光电探测器或发光装置。由于生长衬底和形成于其上的化合物半导体层之间的晶格常数、热膨胀系数或应变中的差异，这些电子装置可具有多种缺陷。生长衬底和化合物半导体层之间的晶格常数中的差异引起缺陷，诸如化合物半导体层中的位错，从而导致化合物半导体层的结晶度变差并且导致电子装置的电或光特性降低。此外，生长衬底和化合物半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数的差异引起其间的应变。即，化合物半导体的生长时的压缩应变和生长之后冷却降低至室温时的拉伸应变之间的不平衡导致化合物半导体层中的裂缝或者引起生长衬底破裂。由于裂缝出现在化合物半导体层中，实质上起到太阳能电池、光电探测器或发光装置的作用的导电半导体层生长到很大的厚度是有限制的。为了克服该限制，提供了低温A1N层，它在800°C至900°C的低温下生长在生长衬底和化合物半导体层之间并且形成为单层。然而，虽然设置了低温A1N层，但是仍不能充分控制化合物半导体层的结晶度或应变。
技术实现思路
各实施方式提供了一种能够提高结晶度的半导体衬底。各实施方式还提供一种能够通过控制应变防止诸如裂缝的缺陷的半导体衬底。各实施方式还提供一种能够通过控制应变防止生长衬底的裂缝和断裂的半导体衬底。各实施方式还提供一种能够通过控制应变和结晶度增强导电半导体层或非导电半导体层的厚度的半导体衬底。在一个实施方式中，一种半导体衬底，包括:生长衬底；设置在所述生长衬底上的一个或多个化合物半导体层；和设置在所述化合物半导体层之间的一个或多个控制层，其中，每个控制层包括至少包含A1的多个氮化物半导体层。在另一个实施方式中，一种制造半导体衬底的方法，包括:提供生长衬底；在所述生长衬底上形成第一化合物半导体层；在所述第一化合物半导体层上形成包括至少包含A1的多个氮化物半导体层的控制层；以及在所述控制层上形成多个第二化合物半导体层，其中，所述多个氮化物半导体层中的一个层掺杂有0.1 μπιο?或更多的掺杂剂。根据实施方式，能够通过在生长衬底和导电半导体层之间形成应变控制层来增大导电半导体层的厚度，该应变控制层包括晶格常数比生长衬底和导电半导体层小的多个氮化物半导体层，以连续升高导电半导体层的压缩应变。由于导电半导体层的厚度增大，也能够通过在厚的导电半导体层上形成光提取结构来制造光效率增强的竖直型发光结构。也能够防止通过掺杂应变控制层产生的过量压缩应变引起导电半导体层开裂或者衬底断裂，该应变控制层控制应变以降低压缩应变。通过在生长衬底和导电半导体层之间提供一个或多个控制层，也能够增强各控制层上形成的导电半导体层的结晶度并最终抑制错位出现。因为一个或两个控制层进一步升高压缩应变以抵消在冷却至室温时出现的拉伸应变以保持生长衬底在平衡状态，所以也能够防止导电半导体层开裂并且防止生长衬底断mO因为上述一个或多个控制层进一步升高压缩应变，所以也能够使导电半导体层在控制层上生长到最大厚度而没有裂缝。与低温AlN层相比，通过数量更少的控制层也能够使导电半导体层生长到最大厚度。【附图说明】图1是示出根据第一实施方式的半导体衬底的横截面图。图2A至图2D是示出图1的多个氮化物半导体层在应变控制层中的浓度分布的视图。图3是示出根据第一实施方式的半导体衬底的应变状态的图表。图4是示出根据第二实施方式的半导体衬底的应变状态的图表。图5是示出根据第三实施方式的半导体衬底的应变控制层的横截面图。图6是示出根据第四实施方式的半导体衬底的应变控制层的横截面图。图7至图11是示出根据实施方式的制造竖直型半导体装置的方法的横截面图。图12是示出根据实施方式的半导体衬底的横截面图。图13是示出根据第五实施方式的控制层的横截面图。图14是示出根据第六实施方式的控制层的横截面图。图15是示出根据第七实施方式的控制层的横截面图。图16是示出根据第八实施方式的控制层的横截面图。图17是示出根据第九实施方式的控制层的横截面图。图18是示出根据第十实施方式的控制层的横截面图。图19是示出根据第十一实施方式的控制层的横截面图。图20是示出根据第十二实施方式的控制层的横截面图。图21是示出根据实施方式的Al、AlN和AlGaN在半导体衬底中的浓度分布的图表。图22是示出图12的实施方式和比较例的结晶度的图表。图23是示出图12的实施方式和比较例的应变状态的图表。【具体实施方式】在各实施方式的描述中，将会理解的是，当元件被称为在另一元件上(上方)或下(下方)时，这两个元件直接彼此接触，或者在两个元件之间可以设置有一个或多个其它元件。此外，本文所用的术语上(上方)或下(下方)相对于一个元件除了向上方向之外可以还代表向下方向。图1是示出根据第一实施方式的半导体衬底的横截面图。参照图1，根据第一实施方式的半导体衬底可以包括生长衬底1、缓冲层3、第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15、应变控制层13和导电半导体层17。缓冲层3、第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15和应变控制层13和导电半导体层17可以由I1-VI族或II1-V族化合物半导体材料形成，但不限于此。此实施方式的半导体衬底可以用作制造电子装置或半导体装置的基底衬底，但不限于此。由于生长衬底1和生长在生长衬底1上的外延层(诸如半导体装置的发光结构)之间的热膨胀系数的差异造成的应变可以使生长衬底弯曲。此外，诸如位错的缺陷可能由于生长衬底和外延层之间的晶格常数的差异而发生。发光结构可以包括具有不同类型的第一导电半导体层和第二导电半导体层以及形成在其间的有源层。光可以通过使第一载流子和第二载流子重组而产生，例如，电子和空穴，它们从第一导电半导体层和第二导电半导体层提供到有源层。于是，多个层可以形成在生长衬底1上以防止生长衬底1弯曲或诸如位错的缺陷出现。生长衬底1可以由选自由蓝宝石&1203)、51(:、51、6&厶8、6&队2110、6&?、11^和66组成的组中的至少一种形成。实施方式中的生长衬底1可以包含Si，但不限于此。缓冲层3可以形成在生长衬底1上。可以形成缓冲层3以减小生长衬底1和外延层之间的晶格常数的差异。缓冲层3可以形成为包含AlN、AlGaN和GaN中的至少一种或多种的多层，但不限于此。第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15可以形成在缓冲层3上。第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15可以包含或可以不包含掺杂剂。第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15可以包含GaN，但不限于此。在第一实施方式中，可以形成应变控制层13以控制导电半导体层17的应变，并且使得导电半导体层17形成至没有诸如裂缝的缺陷的厚度。应变控制层13可以在第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15之间形成，但不限于此。也就是说，应变控制层13可以形成在第一化合物半导体层5上，而第二化合物半导体层15可以形成在应变控制层13上。或者，第一化合物半导体层5和第二化合物半导体层15中的只有一个层，S卩，非导电半导体层可以形成，而应变控制层13可以形成在化合物半导体层5或15下方或上方，但该实施方式不限于此。当应变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体衬底，包括：生长衬底；设置在所述生长衬底上的一个或多个化合物半导体层；和设置在所述化合物半导体层之间的一个或多个控制层，每个控制层包括至少包含Al的多个氮化物半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴正炫，崔光龙，宋在镐，李东键，李启珍，崔荣宰，
申请(专利权)人：LG矽得荣株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR