[发明专利]氮化镓基半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0062862的优先权，其公开内容通过引用方式整体并入本文中。

技术领域

本发明示例实施例涉及氮化镓基（Al_xIn_yGa_1-x-yN，0≤x+y＜1）半导体器件及其制造方法，更具体地讲，本发明示例实施例涉及通过减小晶圆的弯曲来减小晶圆的损坏和变形同时增强发射光的波长均匀性的氮化镓基半导体器件及其制造方法。

背景技术

GaN材料可以与AlN和InN一起使用来产生具有从紫外射线到红色光谱区域的相对较宽频带的光，并且GaN材料具有相对较高的介质击穿特性。因此，GaN材料广泛用于制造功率相对较高的器件。然而，由于不存在同质衬底，GaN薄膜生长在异质衬底（例如，蓝宝石、SiC和/或Si）上。从而，由于GaN薄膜与异质衬底之间的晶格常数的不匹配，在生长的GaN薄膜上可能存在很多缺陷。而且，由于GaN薄膜与异质衬底之间的热膨胀系数的不匹配，晶圆本身的弯曲增大。如果不匹配增大，则在GaN薄膜中可能出现裂缝，或者异质衬底可能破碎。

例如，在包括InGaN/GaN结构的多量子阱（MQW）的发光二极管（LED）形成在硅衬底上的情况下，用来生长MQW的模版需要具有低于10⁸/cm²的缺陷密度，以便制造亮度相对较高的LED。对于低于10⁸/cm²的缺陷密度，生长在硅衬底上的缓冲层和GaN薄膜需要具有相对较大的厚度。在硅衬底上生长LED结构期间，施加压应力以便补偿由于热膨胀系数不匹配导致的张应力。在这点上，所施加的压应力需要为千兆帕（GPa）级别，这是因为缓冲层和GaN薄膜具有相对较大的厚度。然而，由于在相对较高温度下硅衬底变得可延展，这样的相对较高温度和相对较大压应力可以引起硅衬底的塑性变形。从而，冷却之后的硅衬底可能具有凸形的相对较大弯曲并且可能变硬或破碎。

这样的衬底的大弯曲在MQW生长工艺期间引起温度不均匀性，这将引起MQW中In的不均匀合成。因此，MQW中产生的光的波长不均匀，这会使LED的成品率恶化。为了解决此问题，通常使用增加衬底厚度的方法。然而，衬底厚度的增加不仅可提高衬底的价格而且可能不能完全防止或减小硅衬底在相对较高温度下的塑性变形。

发明内容

本发明示例实施例提供了通过减小晶圆的弯曲来减小晶圆的损坏和变形同时增大发射光的波长均匀性的氮化镓基半导体器件及其制造方法。

其他方面将在下面描述中部分阐述，并且部分从该描述中将显而易见的，或者可以通过示例实施例的实践来了解到。

根据示例实施例，一种半导体器件可以包括掺杂有硼（B）和锗（Ge）的硅基衬底、所述硅基衬底上的缓冲层、以及所述缓冲层上的氮化物叠层。

硼（B）和锗（Ge）的掺杂浓度可以大于1×10¹⁹/cm³。可以在所述硅基衬底中掺杂硼（B）和锗（Ge），以使得所述硅基衬底的电阻率小于或等于约1Ωcm。

所述缓冲层可以具有由AlN、SiC、Al₂O₃、AlGaN、AlInGaN、AlInBGaN、AlBGaN、GaN、XY中的一个形成的单层结构以及由AlN、SiC、Al₂O₃、AlGaN、AlInGaN、AlInBGaN、AlBGaN、GaN、和XY中的一个或多个形成的多层结构中的一种结构，其中X包括钛（Ti）、铬（Cr）、锆（Zr）、铪（Hf）、铌（Nb）、以及钽（Ta）中的至少一个，Y是氮（N）和硼（B、B₂）中的一个。

所述氮化物叠层可以包括多个氮化物半导体层；至少一个掩膜层，其介于所述多个氮化物半导体层之间；以及至少一个中间层，其介于所述多个氮化物半导体层之间。

所述多个氮化物半导体层可以由Al_xIn_yGa_1-x-yN（其中0≤x≤1，0≤y≤1，x+y＜1）形成。所述至少一个掩蔽层可以由氮化硅（SiN_x）和氮化钛（TiN）中的一个形成。

该半导体器件还可以包括所述氮化物叠层上的器件层，所述器件层可以包括发光二极管（LED）器件、高电子迁移率晶体管（HEMT）、以及激光二极管（LD）器件中的一个。