半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种具有改善的表面形貌特性的半导体器件及其制造方法。所述半导体器件包括：r面蓝宝石衬底；AlxGa(1-x)N（0≤x<1）缓冲层，在900-1100℃的温度下在包含氮气（N2）的气体环境下，在r面蓝宝石衬底上外延生长至的范围的厚度；以及第一a面GaN层，形成于缓冲层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GaN半导体器件，且更具体而言，涉及一种具有改善的表面形貌特性的。
技术介绍
例如氮化物半导体激光二极管的常规GaN基器件实现在c面GaN衬底上。然而，GaN晶体的c面已知为极面。因此，在氮化物半导体激光二极管中，通过由c面的极化所形成的内电场的影响，可以减小电子与空穴复合的几率，这降低了氮化物半导体激光二极管的发光效率。为了解决该问题，已经开发了一种在不具有极性的a面GaN衬底上实现半导体器件的技术。图I是常规的a面GaN衬底的剖面图，且图2和3分别是剖面扫描电子显微镜(SEM)照片和表面SEM照片，显示了图I所示的a面GaN衬底。通过在r面蓝宝石衬底2上外延生长a面GaN层6，可以获得a面GaN衬底。然而，r面蓝宝石衬底2和a面GaN层6之间的晶格失配为相当大的约16. 2%，由此在堆叠在r面蓝宝石衬底2上的a面GaN层6的表面上产生了由应力导致的V形缺陷。因此，当在其上产生了 V形缺陷的a面GaN层6的表面上实现器件时，降低了器件特性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有改善的表面形貌特性的。根据本专利技术的方面，提供有一种半导体器件，其包括r面蓝宝石衬底；AlxGa(1_x)N(O ( x〈l)缓冲层，在900-1100°C的温度下在包含氮气(N2)的气体环境下，在r面蓝宝石衬底上外延生长至100-20000人的范围的厚度；以及第一 a面GaN层，形成于缓冲层上。包含氮气(N2)的气体环境可以为N2和氢气(H2)的混合气体环境，且混合气体中的N2的比例可以为1-99. 99%ο在第一 a面GaN层上可以进一步生长第二 a面GaN层。这里，第一 a面GaN层可以由包括η型掺杂剂的η型半导体形成，且第二 a面GaN层可以由包括P型掺杂剂的P型半导体形成。根据本专利技术的另一方面，提供有一种制造半导体器件的方法，其包括在900-1100 °C的温度下在包含氮气(N2)的气体环境下，在r面蓝宝石衬底上外延生长AlxGa(1_x)N (O ( χ<1)缓冲层至100-20000A的范围的厚度，以形成缓冲层；和在缓冲层上形成第一 a面GaN层。所述方法还可以包括在第一 a面GaN层上形成第二 a面GaN层。这里，第一 a面GaN层可以由包括η型掺杂剂的η型半导体形成，且第二 a面GaN层可以由包括p型掺杂剂的P型半导体形成。而第一 a面GaN层和第二 a面GaN层可以在900-1200°C的温度下形成，而且可以在1-200托的压力下形成缓冲层。根据本专利技术，可以获得具有改善的表面形貌特性的半导体器件。附图说明参考附图，通过详细描述其示范性实施例，本专利技术的以上和其他特征和优点将变得更加显见，在附图中图I是常规的a面GaN衬底的剖面图；图2是图I所示的a面GaN衬底的剖面扫描电子显微镜(SEM)照片； 图3是图I所示的a面GaN衬底的表面SEM照片；图4是根据本专利技术的实施例的半导体器件的剖面图；图5是图4所示的半导体器件的剖面SEM照片；图6是图4所示的半导体器件的表面SEM照片；图7是根据本专利技术的另一实施例的半导体器件的剖面图；图8A到SC是示出根据本专利技术的实施例的半导体器件的制造方法的流程图；图9是图8A到SC所示的半导体器件的制造方法中第一 a面GaN层的缓冲层的厚度相对于结晶度的曲线图；和图IOA到图IOD是示出根据本专利技术的另一实施例的半导体器件的制造方法的流程图。具体实施例方式现将参考其中显示本专利技术的实施例的附图在其后更加全面地描述本专利技术。在附图中，为了清晰夸大了层和区域的厚度。图4是根据本专利技术的实施例的半导体器件的剖面图，图5和图6分别是图4所示的半导体器件的剖面SEM照片和表面SEM照片。参考图4到图6，根据本专利技术的实施例的半导体器件包括依次堆叠在r面蓝宝石衬底12上的AlxGa(1_x)N (O ( x〈l)缓冲层14和第一 a面GaN层16。图4中所示的半导体器件可以被用作半导体衬底，用于制造GaN基器件。在包含氮气(N2)的气体环境下且在900-1100°C的温度下，缓冲层14可以被外延生长至100-20000人的范围的厚度。这里，包含氮气(N2)的气体环境是N2气体环境或N2和氢气(H2)的混合气体环境。当缓冲层14在混合气体环境中形成时，混合气体的N2的比例可以为1-99.99%。在该情形，缓冲层14可以在1-200托(torr)的压力下形成，优选地在IOOtorr的压力下形成。缓冲层14用于弥补r面蓝宝石衬底12和第一 a面GaN层16之间的晶格失配。于是，可以改善外延生长在缓冲层14上的a面GaN层16的表面形貌特性。具体而言，堆叠在缓冲层14上的第一 a面GaN层16不包括V形缺陷，且可以具有镜面状表面形貌。具体而言，因为GaN晶体的a面已知为非极面，所以当在半导体器件上实现例如氮化物半导体激光二极管的GaN基器件时(见图7)，可以改善氮化物半导体激光二极管的发光效率和光功率。图7是根据本专利技术的另一实施例的半导体器件的剖面图。如图7所示，半导体器件可以被实现为氮化物半导体激光器件。参考图7，半导体器件，即氮化物半导体激光二极管，包括依次堆叠在r面蓝宝石衬底12上的AlxGa(1_x)N (O ( x〈l)缓冲层14、第一 a面GaN层20、有源层22、第二 a面GaN层24。而且，在弟一 a面GaN层20和弟_■ a面GaN层24的台阶部分上利用比如Ag或Au的导电材料，形成了 η电极30和P电极40。在包含氮气(N2)的气体环境下且在900-1100°C的温度下，缓冲层14可以被外延生长至100-20000A的范围的厚度。这里，包含氮气(N2)的气体环境是N2小气体环境或N2和氢气(H2)的混合气体环境。当缓冲层14在混合气体环境中形成时，混合气体的N2的比例可以为1-99. 99%。在该情形，缓冲层可以在l_200torr的压力下形成，优选地在IOOtorr的压力下形成。在这样的工艺中形成的缓冲层14用于弥补r面蓝宝石衬底12和第一 a面GaN层20之间的晶格失配。于是，可以改善外延生长在缓冲层14上的第一 a面GaN层20的表面形貌特性。具体而言，堆叠在缓冲层14上的第一 a面GaN层20不包括V形缺陷，且 可以具有镜面状的表面形貌。在图7所示的半导体器件中，第一 a面GaN层20可以由包括η型掺杂剂的η型半导体形成，且第二 a面GaN层24可以由包括p型掺杂剂的P型半导体形成。具体而言，第一a面GaN层20是n_GaN基III-V族氮化物基化合物半导体层，且具体而言可以为n_GaN层。然而，第一 a面GaN层20不限于此，且可以为其中可以进行激光振荡(激光作用)的另一种III-V族化合物半导体层。另外，第二 a面GaN层24是p-GaN基III-V族氮化物基化合物半导体层，且具体而言可以为P-GaN层。然而，第二 a面GaN层24不限于此，且可以为其中可以进行激光振荡(激光作用)的另一种πι-v族化合物半导体层。其中可以进行激光作用的材料层可以被用作有源层22。其中具有小阈值电流和稳定横模特性的激光可以被振荡的材料层可以被用作有源层22。GaN基III-V族氮化物基化合物半导体层InxAlyGanyN (O彡x彡1、0彡y彡I和x+y〈l)可以被用作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：r面蓝宝石衬底；AlxGa(1?x)N缓冲层，其中0≤x<1，在900?1100℃的温度下在包含N2的气体环境下，在所述r面蓝宝石衬底上外延生长至的范围的厚度；以及第一a面GaN层，形成于所述缓冲层上，其中所述第一a面GaN层具有镜面状表面形貌。FDA00002329339200011.jpg

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：白好善，司空坦，孙重坤，李成男，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：