[发明专利]半导体器件及其制备方法

说明书

本公开提供了一种半导体器件及其制备方法。其中，所述半导体器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上溅射沉积AlN缓冲层；以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层，完成所述半导体器件的制备。本公开半导体器件及其制备方法，制备时间短，成本低廉，可大规模制备，提高了外延材料质量和器件性能，实现了大型工业MOCVD批量化生产。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种适用大型工业MOCVD设备的半导体器件及其制备方法。

背景技术

基于AlGaN外延的紫外LED可以广泛应用在杀菌消毒、生化检测、信息储存、雷达探测、保密通讯以及白光照明等领域。相比于传统紫外光源，紫外LED具有体积小、功耗低、使用安全等优点，因而受到了越来越多的关注。

由于缺乏价廉同质AlN衬底，AlGaN基紫外LED通常采用蓝宝石等价格低廉的异质衬底。AlN材料通常作为缓冲层置入到衬底和AlGaN之间，用于缓解异质衬底与AlGaN材料的晶格失配与热失配。目前，高质量的AlN缓冲层通常在小型MOCVD设备中制备，其生长温度大多高于1200℃。大型工业MOCVD在蓝宝石衬底上外延生长AlN时，由于温度较高且反应炉较大，炉内热场和流场难以控制，而且预反应强烈，目前还难以利用大型工业MOCVD制备出紫外LED所需的AlN薄膜。由于上述原因，目前可商用的深紫外LED芯片基本由小型MOCVD(如单片机、三片机)设备生产，这使得紫外LED的成本居高不下。高温因素的限制迫使人们研究新的生长工艺，以在较低的温度下大规模生长高质量AlN薄膜。

目前，MOCVD是用于制备紫外LED，特别是高Al组分AlGaN基深紫外LED的最常用方法。然而，AlN缓冲层作为AlGaN基LED中不可或缺的一部分，通常需要较高的生长温度。大范围均匀的高温热场分布对于大型工业化MOCVD设备来说是一个难以解决的技术难点。因此AlGaN基LED通常由小型MOCVD设备制备。这严重制约了AlGaN基紫外LED的大规模量产，并导致其成本居高不下。

目前，虽然有采用磁控溅射技术生长AlN薄膜，但其主要是生产AlN薄成核层(200nm以下)，且其制得的AlN晶体质量与MOCVD技术制备的材料质量相比也存在一定差距。

现有并未出现在磁控溅射工艺生长AlN缓冲层，也未出现在磁控溅射工艺生长AlN缓冲层基础之上利用大型工业MOCVD工艺生长半导体器件其他功能结构层，以解决半导体器件大规模、批量化、低成本、高质量的生产问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种半导体器件及其制备方法，制备时间短，成本低廉，可大规模制备，提高了外延材料质量和器件性能，实现了大型工业MOCVD批量化生产。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种半导体器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底上溅射沉积AlN缓冲层；以及采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层，完成所述半导体器件的制备。

在一些实施例中，所述半导体器件为紫外LED，所述采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成功能层的步骤包括以下子步骤：采用MOCVD工艺在所述AlN缓冲层上形成n型层；采用MOCVD工艺在所述n型层上形成发光层；以及采用MOCVD工艺在所述发光层上形成p型层，完成所述紫外LED的制备。

在一些实施例中，在形成AlN缓冲层的步骤与形成n型层的步骤之间，还包括：选择1000～2300℃的退火温度范围对所述AlN缓冲层进行热退火方式处理。

在一些实施例中，所述AlN缓冲层的厚度为10nm～10μm。

在一些实施例中，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氧化镓、氧化锌、氧化镁、硅、玻璃或金属。