一种半导体器件及其制备方法和应用技术

本公开涉及一种半导体器件及其制备方法和应用，半导体器件包括：复合载体，所述复合载体包括衬底和模板层，所述复合载体中包括具有张应力的区域和具有压应力的区域；有源层，用于注入的载流子的复合；第一半导体层，用于向所述有源层注入N型载流子；第二半导体层，用于向所述有源层注入P型载流子；第一电极，用作所述第一半导体层的能量传输，第一电极在所述复合载体上表面的投影落在所述压应力的区域内，或与其重合；第二电极，用作所述第二半导体层的能量传输，第二电极在所述复合载体上表面的投影落在所述张应力的区域内，或与其重合。或与其重合。或与其重合。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及其制备方法和应用


[0001]本公开涉及电子领域，具体而言，涉及一种半导体器件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]紫外辐射是指发光波长在400nm以下的辐射，根据波长，紫外辐射可以进一步划分为UVA(400
‑
320nm)、UVB(320
‑
280nm)和UVC(280
‑
200nm)。利用氮化物半导体可实现紫外辐射，由氮化物半导体制成的半导体器件在工业固化、医疗器械、生化检测、照明杀菌、物联网、消费电子等方面拥有巨大前景。
[0003]以现有技术中紫外发光器件为例，其通常采用层叠结构，包括蓝宝石衬底、蓝宝石衬底上的外延模板以及在外延模板上包括由三元或四元的氮化物合金构成的发光叠层、P型电极层和N型电极层。
[0004]然而现有技术中紫外发光器件中还存在发光叠层中载流子激活效率低、电流扩展能力低、发光强度低、以及光维持率低、波长均匀性差、超驱使用的能力差、老化中漏电流增大和产品性能不稳定以及加工难度大、良率不高等技术问题。因此提供一种高性能、高可靠性和高良率的紫外发光器件是业界期望的。

技术实现思路

[0005]本公开设计出一种新颖的半导体器件及其制备方法和应用，其能克服上述技术问题，具有高性能、高可靠性和高良率的明显优点。
[0006]在下文中将给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007]根据本公开的一方面提供一种半导体器件，包括：复合载体，所述复合载体包括衬底和模板层，所述复合载体中包括具有张应力的区域和具有压应力的区域；有源层，用于注入的载流子的复合；第一半导体层，用于向所述有源层注入N型载流子；第二半导体层，用于向所述有源层注入P型载流子；第一电极，用作所述第一半导体层的能量传输，第一电极在所述复合载体上表面的投影落在所述压应力的区域内，或与其重合；第二电极，用作所述第二半导体层的能量传输，第二电极在所述复合载体上表面的投影落在所述张应力的区域内，或与其重合。
[0008]根据本公开的另一方面提供一种半导体器件的制备方法，包括：提供一复合载体，所述复合载体包括衬底和模板层，在所述复合载体中形成具有张应力的区域和具有压应力的区域；在所述复合载体上形成第一半导体层，所述第一半导体层包括N型的载流子；在所述第一半导体层上形成有源层；在所述有源层上形成第二半导体层，所述第二半导体层包括P型的载流子；在所述第一半导体层上形成第一电极，所述第一电极在所述复合载体上表面的投影落在所述压应力的区域内，或与其重合；在所述第二半导体层上形成第二电极，第
二电极在所述复合载体上表面的投影落在所述张应力的区域内，或与其重合。
[0009]根据本公开的又一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括前述的半导体器件。
[0010]本公开的方案至少能有助于实现如下效果之一：提升半导体器件中发光叠层中载流子激活效率、提升电流扩展能力、提升发光强度、以及提升光维持率、提升波长均匀性、提升超驱使用的能力、减小老化中的漏电流和提升产品性能的稳定性以及降低加工难度、提升产品良率等。
附图说明
[0011]参照附图下面说明本公开的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开的以上和其它目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。
[0012]图1示出了本公开第一实施方式的紫外发光二极管的结构示意图；
[0013]图2a示出了图1中第一区域的表面状态的俯视图；
[0014]图2b示出了图2a中A
‑
A方向的剖面图；
[0015]图3示出了紫外发光二极管结构的一变形实施例；
[0016]图4a示出图3中第二区域的表面状态的俯视图；
[0017]图4b示出图4a中B
‑
B方向的剖面图；
[0018]图5示出第一测试芯片的图样示意图；
[0019]图6示出第二测试芯片的图样示意图；
[0020]图7示出第一测试芯片上n电极和第二测试衬底上n电极之间的IV曲线；
[0021]图8示出第一测试芯片上p电极和第二芯片衬底上p电极之间的IV曲线；
[0022]图9示出第一测试芯片和第二测试芯片的电流和光功率曲线对比图；
[0023]图10示出第一测试芯片和第二测试芯片的电流和电压曲线对比图；
[0024]图11示出了本公开第一实施方式中紫外发光二极管的一种制备流程示意图；
[0025]图12示出了本公开第一实施方式中衬底的光刻掩膜版图样；
[0026]图13示出了本公开第一实施方式中衬底的光刻掩膜版图样；
[0027]图14示出了本公开第二实施方式的紫外发光二极管的结构示意图；
[0028]图15
‑
图24示出了本公开实施方式二中模板层的制备方法；
[0029]图25示出本公开第三实施方案紫外发光二极管的结构示意图；
[0030]图26
‑
32示出了本公开实施方式三中部分结构的制备方法。
具体实施方式
[0031]在下文中将结合附图对本公开的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本公开的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本公开的过程中可以做出很多特定于本公开的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本公开的不同而有所改变。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的技术方案密切相关的器件结构，而省略了与本公开关系不大的其它细节。
[0032]应理解的是，本公开并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本文中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。应理解的是，本公开的制造步骤在实施例中为示例性的，其顺序步骤可调。
[0033]本公开中以紫外发光二极管为例，借助附图对本公开的技术方案进行详细说明，其中相同的附图标记表示相同的部件。本领域技术人员可以理解的是，本公开的技术方案不限于紫外发光二极管，还可以是紫外光电探测器或紫外激光器等。
[0034]实施方式一
[0035]请参阅图1，图1是紫外发光二极管的结构示意图。如图1所示，紫外发光二极管至少包括衬底1、模板层2、第一半导体层3、有源层4、第二半导体层6、第一电极8和第二电极9。
[0036]衬底1，用于作为紫外发光二极管的载体。具体的，衬底1可以选自蓝宝石、AlN、SiC等。优选的，本公开中以C面蓝宝石作为紫外发光二极管的衬底1。本公开中的衬底1上具有第一区域11和第二区域1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：复合载体，所述复合载体包括衬底和模板层，所述复合载体中包括具有张应力的区域和具有压应力的区域；有源层，用于注入的载流子的复合；第一半导体层，用于向所述有源层注入N型载流子；第二半导体层，用于向所述有源层注入P型载流子；第一电极，用作所述第一半导体层的能量传输，第一电极在所述复合载体上表面的投影落在所述压应力的区域内，或与其重合；第二电极，用作所述第二半导体层的能量传输，第二电极在所述复合载体上表面的投影落在所述张应力的区域内，或与其重合。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于:所述张应力的区域的声子模峰移＜657.4cm
‑1，所述压应力的区域的声子模峰移≥657.4cm
‑1。3.如权利要求1或2所述的半导体器件，其特征在于：所述衬底中包括具有第一表面状态的第一区域和具有第二表面状态的第二区域，所述第一区域对应所述复合载体的所述压应力的区域，所述第二区域对应所述复合载体的张应力的区域。4.如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于：所述第一表面状态的粗糙度大于所述第二表面状态的粗糙度。5.如权利要求4所述的半导体器件，其特征在于：所述第一表面状态为具有第一尺寸纳米图形的表面状态，所述第二表面状态为无纳米图形的平整的表面状态；或者，所述第一表面状态为具有第一尺寸纳米图形的表面状态，所述第二表面状态为具有第二尺寸纳米图形的表面状态。6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：所述第一尺寸纳米图形的分布密度为70个
‑
200个/100um2，其半径设置为350nm～600nm，其深度设置为300nm～700nm。7.如权利要求5或6所述的半导体器件，其特征在于：所述第二尺寸纳米图形的分布密度为400个～2500个/100um2，其半径设置为100nm～250nm，其深度设置为50nm～500nm。8.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：所述模板层包括第一模板子层和第二模板子层，所述第一模板子层的生长温度低于所述第二模板子层的生长温度，所述模板层的厚度为1700nm～2950nm。9.如权利要求1、2或4所述的半导体器件，其特征在于：所述模板层中包括第三区域和第四区域，所述第三区域对应所述复合载体的所述压应力的区域，所述第四区域对应所述复合载体的张应力的区域。10.如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：所述第三区域中具有第一高度的空气隙，所述第四区域中具有第二高度的空气隙，所述第一高度大于所述第二高度。11.如权利要求10所述的半导体器件，其特征在于：所述第一高度为450～1000nm，所述第二高度为200～430nm。12.如权利要求10或11所述的半导体器件，其特征在于：所述第三区域中包括第四模板子层和第六模板子层；所述第四区域中包括第三模板子层、第五模板子层和第六模板子层。13.如权利要求12所述的半导体器件，其特征在于：所述第四模板子层的厚度等于所述第三模板子层和第五模板子层的总厚度。
14.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于：所述第六模板子层的生长温度高于所述第四模板子层和所述第三模板子层，所述第五模板子层的温度高于所述第四模板子层和所述第三模板子层。15.如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于：所述第三模板子层为100～300nm厚、900℃～1100℃生长的AlN层。16.如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于：所述第四模板子层为400～800nm厚、900℃～1100℃生长的AlN层，第五模板子层为300～500nm厚、1150℃～1300℃生长的AlN层。17.如权利要求15或16所述的半导体器件，其特征在于：所述第六模板子层同时覆盖第三区域和第四区域，其为1150℃～1300℃生长的AlN层。18.如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：所述第三区域具有第一厚度，所述第四区域中具有第二厚度，所述第一厚度大于所述第二厚度。19.如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于：所述第一厚度为3600～5100nm，所述第二厚度为2000～3500nm。20.如权利要求18或19所述的半导体器件，其特征在于：所述第三区域中包括第一模板子层、第七模板子层和第八模板子层；所述第四区域中包括第一模板子层和第七模板子层。21.如权利要求20所述的半导体器件，其特征在于：所述第七模板子层和第八模板子层的生长温度高于所述第一模板子层的生长温度。22.如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：所述第一模板子层和所述第七模板子层同时覆盖第三区域和第四区域，所述第八模板子层仅位于所述第三区域。23.如权利要求21所述的半导体器件，其特征在于：所述第一模板子层为200nm～450nm厚、900℃～1100℃生长的AlN层。24.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于：所述第七模板子层为1798nm～3037nm厚、1150℃～1300℃生长的AlN层，所述第八模板子层为200nm～1600nm厚、1150℃～1300℃生长的AlN层。25.如权利要求1
‑
2、4
‑
6、8、10
‑
11、13
‑
16、18
‑
19、21
‑
24中任一项所述的半导体器件，其特征在于：所述第一半导体层的厚度为800
‑
1600nm。26.如权利要求25所述的半导体器件，其特征在于：所述第二半导体层的厚度为10
‑
30nm，所述第二半导体层中受主杂质的掺杂浓度为1E18cm
‑3～1E20cm
‑3。27.如权利要求26所述的半导体器件，其特征在于：还进一步具有第三半导体层，所述第三半导体层作为所述第二半导体层的欧姆接触层，所述第三半导体层的厚度为1～50nm，所述第三半导体层中受主杂质的掺杂浓度为1E19cm
‑3～1E21cm
‑3。28.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一复合载体，所述复合载体包括衬底和模板层，在所述复合载体中形成具有张应力的区域和具有压应力的区域；在所述复合载体上形成第一半导体层，所述第一半导体层包括N型的载流子；在所述第一半导体层上形成有源层；在所述有源层上形成第二半导体层，所述第二半导体层包括P型的载流子；在所述第一半导体层上形成第一电极，所述第一电极在所述复合载体上表面的投影落
在所述压...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐广源，张童，郭凯，王充，樊怡翔，张晓娜，俄文文，李开心，顾哲凯，侯杰，张志，李晋闽，
申请(专利权)人：山西中科潞安紫外光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：