[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件。该半导体器件包括：一硅衬底；一初始缓冲层，布置在硅衬底上并包括氮化铝(AlN)，以及一器件层，布置在初始缓冲层上并包括一半导体化合物，其中，在初始缓冲层和硅衬底之间不存在SiN，并且硅衬底的硅晶格直接接触初始缓冲层的晶格。

技术领域

实施例涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

由于宽带隙、可调节带隙等，第III-V族化合物半导体(例如GaN)被广泛用于光电学等。通常在蓝宝石衬底或碳化硅(SiC)衬底上生长这种GaN半导体。然而，这些衬底不适合于大直径应用，且特别是SiC衬底是昂贵的。

图1为通用半导体器件的视图。参照图1，该半导体器件包括一衬底5和n-型GaN层7。

为了解决上述问题，使用了比蓝宝石衬底或SiC衬底低廉、容易实现大直径且具有高传热性的硅衬底5。然而，GaN与硅之间的晶格失配非常高，并且它们的热膨胀系数存在非常大的差异，因此，可能会发生使结晶度恶化的各种问题，如回熔、裂痕、凹坑、表面形貌缺陷等。举例来说，裂痕可能由高温生长的n-型GaN层7被冷却时发生的拉伸应变所引起。

为了解决这些问题，初始缓冲层(图中未示)，如AlN层，可以被形成在硅衬底5上。然而，即使在这种情况下，也可能由于AlN的生长温度、硅与AlN之间的晶格失配等形成凹坑。尤其，厚度为大约至大约的SiN薄膜9可以被形成在AlN初始缓冲层和硅衬底5之间，并且针孔可以被形成在初始缓冲层中。

为此，需要开发一种半导体器件，其结构不会引起这些问题并可以提供良好特性，即使在使用硅衬底5的情况下。

发明内容

实施例提供一种在初始缓冲层中不形成针孔的半导体器件及其制造方法。

在一个实施例中，一种半导体器件包括：一硅衬底；一初始缓冲层，布置在硅衬底上并包括氮化铝(AlN)，以及一器件层，布置在初始缓冲层上并包括一半导体化合物，在初始缓冲层和硅衬底之间不存在SiN，并且硅衬底的硅晶格直接接触初始缓冲层的晶格。

初始缓冲层可以具有(002)晶面作为主平面。

初始缓冲层可以具有600arcsec至1000arcsec的半高宽度(FWHM)。

初始缓冲层的粗糙度可以为0.1nm至0.3nm的均方根。

初始缓冲层可以具有50nm至300nm的厚度。

该半导体器件还可以包括布置于初始缓冲层与器件层之间的过渡层。

过渡层可以包括多个AlN/Al_xGa_1-xN超晶格单元层。

AlN/Al_xGa_1-xN超晶格单元层中的X值可以随着离初始缓冲层距离的增加而逐渐减小。

该半导体器件还可以包括布置在过渡层与器件层之间的至少一中间层。

中间层可以包括第一中间层和布置在第一中间层与器件层之间的第二中间层。

初始缓冲层可以包括沉积在硅衬底上的超薄Al薄膜。

在另一个实施例中，一种半导体器件的制造方法包括：在硅衬底上形成初始缓冲层及在初始缓冲层上形成器件层，其中形成初始缓冲层包括在反应室将硅衬底加热到第一温度，将反应室的内部温度减少到低于第一温度的第二温度，在第二温度于反应室内流动包含Al的第一气体一第一预定时间段，以及在经过第一预定时间段之后，将包括氮的第二气体连同第一气体流动一第二预定时间段，反应室的内部温度在第二预定时间段被增加到高于第二温度的第三温度。