本公开提供了一种半导体器件及其制备方法。其中,所述半导体器件的制备方法,包括以下步骤:在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层,完成所述半导体器件的制备。本公开半导体器件及其制备方法,制备时间短,成本低廉,可大规模制备,提高了外延材料质量和器件性能,实现了大型工业MOCVD批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制备方法
本公开涉及半导体
,特别涉及一种适用大型工业MOCVD设备的半导体器件及其制备方法。
技术介绍
基于AlGaN外延的紫外LED可以广泛应用在杀菌消毒、生化检测、信息储存、雷达探测、保密通讯以及白光照明等领域。相比于传统紫外光源,紫外LED具有体积小、功耗低、使用安全等优点,因而受到了越来越多的关注。由于缺乏价廉同质AlN衬底,AlGaN基紫外LED通常采用蓝宝石等价格低廉的异质衬底。AlN材料通常作为缓冲层置入到衬底和AlGaN之间,用于缓解异质衬底与AlGaN材料的晶格失配与热失配。目前,高质量的AlN缓冲层通常在小型MOCVD设备中制备,其生长温度大多高于1200℃。大型工业MOCVD在蓝宝石衬底上外延生长AlN时,由于温度较高且反应炉较大,炉内热场和流场难以控制,而且预反应强烈,目前还难以利用大型工业MOCVD制备出紫外LED所需的AlN薄膜。由于上述原因,目前可商用的深紫外LED芯片基本由小型MOCVD(如单片机、三片机)设备生产,这使得紫外LED的成本居高不下。高温因素的限制迫使人们研究新的生长工艺,以在较低的温度下大规模生长高质量AlN薄膜。目前,MOCVD是用于制备紫外LED,特别是高Al组分AlGaN基深紫外LED的最常用方法。然而,AlN缓冲层作为AlGaN基LED中不可或缺的一部分,通常需要较高的生长温度。大范围均匀的高温热场分布对于大型工业化MOCVD设备来说是一个难以解决的技术难点。因此AlGaN基LED通常由小型MOCVD设备制备。这严重制约了AlGaN基紫外LED的大规模量产,并导致其成本居高不下。目前,虽然有采用磁控溅射技术生长AlN薄膜,但其主要是生产AlN薄成核层(200nm以下),且其制得的AlN晶体质量与MOCVD技术制备的材料质量相比也存在一定差距。现有并未出现在磁控溅射工艺生长AlN缓冲层,也未出现在磁控溅射工艺生长AlN缓冲层基础之上利用大型工业MOCVD工艺生长半导体器件其他功能结构层,以解决半导体器件大规模、批量化、低成本、高质量的生产问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题,本公开提供了一种半导体器件及其制备方法,制备时间短,成本低廉,可大规模制备,提高了外延材料质量和器件性能,实现了大型工业MOCVD批量化生产。(二)技术方案根据本公开的一个方面,提供了一种半导体器件的制备方法,包括以下步骤:在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层,完成所述半导体器件的制备。在一些实施例中,所述半导体器件为紫外LED,所述采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层的步骤包括以下子步骤:采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成n型层;采用MOCVD工艺在所述n型层上形成发光层;以及采用MOCVD工艺在所述发光层上形成p型层,完成所述紫外LED的制备。在一些实施例中,在形成AlN缓冲层的步骤与形成n型层的步骤之间,还包括:选择1000~2300℃的退火温度范围对所述AlN缓冲层进行热退火方式处理。在一些实施例中,所述AlN缓冲层的厚度为10nm~10μm。在一些实施例中,所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氧化镓、氧化锌、氧化镁、硅、玻璃或金属。在一些实施例中,所述发光层为一或多周期的氮化铝镓/氮化铝镓量子阱结构。在一些实施例中,所述p型层包括以下至少其中之一:电子阻挡层、p型氮化铝镓层、p型氮化镓接触层以及p型超晶格层;所述n型层为AlGaN层或n型掺杂的半导体材料层。根据本公开的另一个方面,提供了一种半导体器件,采用所述的制备方法形成;其中,所述半导体器件自下而上包括:衬底、AlN缓冲层及功能层。在一些实施例中,所述器件为紫外LED,所述功能层自下而上依次包括n型层、发光层及p型层。在一些实施例中,所述AlN缓冲层的厚度为10nm~10μm。(三)有益效果从上述技术方案可以看出,本公开半导体器件及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一:(1)本公开适用大型工业MOCVD设备的半导体器件及其制备方法,可适用于目前已经普及的多片机型MOCVD设备,有利于推动半导体器件,例如AlGaN基紫外LED的大规模量产,降低成本。(2)本公开采用溅射AlN作为异质衬底上紫外LED的缓冲层,溅射AlN薄膜的生长温度低、时间短,成本低廉,可大规模制备,避开了MOCVD高温生长AlN层工艺,使得芯片外延能够在大型MOCVD设备中制备。(3)现有采用MOCVD工艺生长AlN材料时,由于Al原子与异质衬底之间浸润性较差,因此在MOCVD高温生长AlN材料前,通常会采用特定工艺生长一层薄的成核层以促进后续AlN缓冲层的生长。而与现有技术不同,本公开采用溅射工艺制备AlN缓冲层则无需成核层工艺,可直接在异质衬底上溅射形成一定厚度的AlN缓冲层,且本公开AlN缓冲层完全不同于成核层。(4)本公开采用高温热退火技术批量处理溅射AlN层,以提高溅射AlN薄膜的晶体质量,有助于进一步提高外延材料质量和器件性能。(5)现有制备半导体器件,例如紫外LED结构,其通常采用MOCVD直接进行退火处理,而本公开利用高温退火炉对缓冲层进行退火处理,相对MOCVD设备,本公开在物理气相传输(PVT)等感应加热的设备中进行退火,其温度可达2000℃,且可以进行批量退火,且高温退火炉价格低,易维护,进而可降低紫外LED的制作成本。附图说明图1为依据本公开实施例基于溅射AlN缓冲层的LED芯片的外延结构剖面示意图。图2为依据本公开实施例LED芯片外延结构制备方法流程示意图。图3为依据本公开实施例AlN缓冲层退火前后XRD(002)和(102)面摇摆曲线。图4为依据本公开实施例激光二极管(LD)剖面示意图。图5为依据本公开实施例半导体光电探测器(PD)剖面示意图。图6为依据本公开实施例声表面波器件剖面示意图。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。需要说明的是,在附图或说明书描述中,相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式,为所属
中普通技术人员所知的形式。另外,虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但应了解,参数无需确切等于相应的值,而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向,并非用来限制本公开的保护范围。本公开提供一种适用大型工业MOCVD设备的半导体器件制备方法,包括以下步骤:在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层,完成所述半导体器件的制备。紫外LED属于常用的半导体器件之一。下面以紫外LED为例介绍本公开半导体器件制备方法。如图1所示,所述紫外LED制备方法包括以下步骤:S1,在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;S2,采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成n型层;S3,采用MOCVD工艺在所述n型层上形成发光层;S4,采用MOCVD工艺在所述发光层上形成p型层,完成所述半导体器件的制备。其中n型层、发光层及p型层构成所述紫外LED的功能层。更具体而言,在所述步骤S本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体器件的制备方法,包括以下步骤:在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层,完成所述半导体器件的制备。
【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制备方法,包括以下步骤:在衬底上溅射沉积AlN缓冲层;以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层,完成所述半导体器件的制备。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法,其中,所述半导体器件为紫外LED,所述采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层的步骤包括以下子步骤:采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成n型层;采用MOCVD工艺在所述n型层上形成发光层;以及采用MOCVD工艺在所述发光层上形成p型层,完成所述紫外LED的制备。3.根据权利要求2所述的半导体器件的制备方法,其中,在形成AlN缓冲层的步骤与形成n型层的步骤之间,还包括:选择1000~2300℃的退火温度范围对所述AlN缓冲层进行热退火处理。4.根据权利要求2所述的半导体器件的制备方法,其中,所述AlN缓冲层的厚度为10nm~10μm。5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员:张韵,赵璐,张连,
申请(专利权)人:中国科学院半导体研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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