具有平面III-N半导体层的半导体装置和制造方法制造方法及图纸

一种具有平面III‑N半导体层的半导体装置，其包含衬底，所述衬底包含晶片(101)和与所述晶片的材料不同的缓冲材料的缓冲层(102)，所述缓冲层具有生长表面(1021)；从所述生长表面外延生长的纳米结构(1010)阵列；由在高温T下聚结所述纳米结构的上部形成的连续平面层(1020)，其中跨越相邻纳米结构之间的中心距离的晶胞数目在所述生长表面处与所述聚结平面层处不同；在所述平面层(1020)上外延生长的生长层(1030)。

Semiconductor device and manufacturing method with planar III-N semiconductor layer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平面III-N半导体层的半导体装置和制造方法
本专利技术涉及III-氮化物半导体衬底和在此类衬底上形成平坦表面的方法。更确切地说，本专利技术涉及用于形成c定向、完全松弛且无位错的III-氮化物材料的平坦表面的设计和方法，所述平坦表面适合于充当承载电子或光学组件的模板。
技术介绍
半导体晶片通常通过液相外延法，最通常为已在1916年由简柴氏(JanCzochralski)专利技术的柴氏法制造。在柴氏法中，通过从热液体熔体缓慢提拉单晶晶种而实现将液态材料热诱导沉淀为固态晶体。尽管外延生长需要与热平衡的特定偏差以驱动连续结晶，但LPE在热平衡边缘进行，主要驱动力为液态和固态晶体的类似密度，消除主导气相外延的扩散限制且使得与熔融温度的偏差极小以促使晶体生长，在气相外延中，非结晶相中的源材料相对较稀。当系统的温度均一且系统处于平衡时，原子粘附速率(沉淀速率)等于原子解离速率。当相比于在间隙和空位的位置处并入吸附原子，在晶格位点处并入吸附原子提供足够高的自由能减少时，建立上述“完美晶体”生长条件[参见晶体生长手册IA(Handbookofcry本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造具有平面III-N半导体层的半导体装置的方法，其包含/n提供衬底，其包含晶片(101)、材料与所述晶片不同且具有生长表面(1021)的缓冲层(102)和所述生长表面(1021)上的具有纳米级孔(104)阵列的掩模层(103)；/n在所述孔中外延生长III-N材料以形成纳米结构(1010)，使得穿线位错远离与所述生长表面正交的生长前沿转移；/n在高温T下聚结所述纳米结构的上部以形成连续平面层(1020)；/n在所述平面层上外延生长III-N生长层(1030)；/n其中所述生长层被配置成使得所述生长层的RT与T之间的热膨胀/n-在所述生长层中与所述生长表面平行的晶格间距小于所述缓冲层的...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171005 EP 17195086.81.一种制造具有平面III-N半导体层的半导体装置的方法，其包含
提供衬底，其包含晶片(101)、材料与所述晶片不同且具有生长表面(1021)的缓冲层(102)和所述生长表面(1021)上的具有纳米级孔(104)阵列的掩模层(103)；
在所述孔中外延生长III-N材料以形成纳米结构(1010)，使得穿线位错远离与所述生长表面正交的生长前沿转移；
在高温T下聚结所述纳米结构的上部以形成连续平面层(1020)；
在所述平面层上外延生长III-N生长层(1030)；
其中所述生长层被配置成使得所述生长层的RT与T之间的热膨胀
-在所述生长层中与所述生长表面平行的晶格间距小于所述缓冲层的所述生长表面处与所述生长表面平行的晶格间距时，大于所述衬底的热膨胀，且
-在所述生长层中与所述生长表面平行的晶格间距大于所述缓冲层的所述生长表面处与所述生长表面平行的晶格间距时，小于所述衬底的热膨胀。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生长层的标称晶格常数通过所述生长层中的III-N材料的组成配置来调适。


3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中T>所述纳米结构的所述III-N材料的升华温度。


4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述生长层(1030)生长至>3μm、5μm、7μm、10μm的厚度，且含有具有改变的组成的其它层。


5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述纳米结构包含GaN。


6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述生长层包含AlGaN。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述晶片包含蓝宝石。


8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述生长层包括AlGaN，其中Al占III材料Ga和Al的>20％。


9.根据前述权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其中所述生长层包括AlGaN，其中Al占III材料Ga和Al的>45％。


10.根据前述权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中所述生长层包含InGaN。


11.根据权利要求10所述的方法，其中所述晶片包含Si或SiC。


12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述纳米结构的所述上部在所述掩模上方0至200nm处开始。


13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述纳米结构包括通过所述孔生长的纳米线。


14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中聚结所述纳米结构的所述上部的步骤包括提供氮源的背景流。


15.根据权利要求14所述的方法，其中所述聚结步骤涉及在所述纳米结构之间添加III-N材料，所述III-N材料包括的III材料的量超过由III材料的源流提供的III材料的量。


16.根据权利要求14所述的方法，其中所述聚结步骤涉及在无III-材料的源流的情况下在所述纳米结构之间形成III-N材料。


17.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述纳米结构的所述上部的>90％无穿线位错。至多99％渐近地趋向于无位错。


18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述聚结步骤包括
从所述纳米结构的上端释放III族材料；
通过从所述释放的III族材料形成半导体材料而填充所述纳米结构的m平面晶面的上部之间的间距。


19.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述聚结步骤包括：
在与所述生长表面相邻的所述m平面晶面的下部处的半导体结构之间留下未用半导体材料填充的空隙。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥尔松，L·塞缪尔森，K·施托姆，R·切克霍恩斯基，B·马库斯，
申请(专利权)人：六边钻公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE