半导体器件及其生产方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年3月1日、申请号为201180020586. 2、发明名称为"半 导体器件及其生产方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及半导体器件和半导体器件的生产方法。本发明特别涉及半导体器件如 紫外发光二极管、电子器件，和涉及到半导体器件的生产方法。
【背景技术】
[0003] 近年来，已知能够有利地用于杀菌、水净化、医疗、照明和高密度光记录等领域中 的紫外LED(发光二极管）和具有使用AlGaN类薄膜作为材料而形成的器件结构的高电子 迀移率晶体管（HEMT)。此外，对于此类紫外LED和具有使用AlGaN类薄膜形成的器件结构 的HEMT，已经进行各种方法以获得高品质AlGaN类薄膜。
[0004] 通常，紫外LED具有功能层压体，所述功能层压体具有其中发光层插入η型氮化物 半导体层和P型氮化物半导体层之间的结构。为了缓和由于氮化物半导体层和基板之间 的晶格常数的差异而引起的应变，功能层压体通常在其间插入缓冲区的情况下形成于基板 上。HEMT具有包括均由氮化物半导体层形成的i型沟道层和η型电子供给层的功能层压 体。为了降低由于氮化物半导体层和基板之间的晶格常数的差异而引起的应变，功能层压 体也通常在其间插入缓冲区的情况下形成于基板之上。
[0005] 专利文献1公开了一种氮化物半导体基板，其中掺杂有横向生长促进物质的主要 含有AlN或AlGaN的第一半导体层（缓冲区）直接形成于基板上，或者使一层或多层主要 含有AlN或AlGaN的氮化物半导体层插入其间，包括氮化物半导体层的功能层压体形成于 其上。根据该技术，在缓冲区中横向生长得到促进，伴随着位错耦合的促进，这使得缓冲区 表面上穿透位错（threading dislocation)减少。
[0006] 现有抟术f献
[0007] 专利f献
[0008] 专利文献1 :日本专利申请公布JP2005-235908
【发明内容】
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 专利文献1中，典型的AlN低温沉积的缓冲层形成于缓冲区和η型Ala 4Gaa6N层之 间。然而，未考虑到AlN低温沉积的缓冲层和η型Ala 4Gaa 6N层之间的Al组成的关系。此外， AlN低温沉积的缓冲层降低促进在其下设置的缓冲区中晶格弛豫（lattice relaxation) 的效果；因而，由于横向生长的结晶性改进不充分。
[0011] 另外，在于缓冲区上形成具有与缓冲区不同的组成的氮化物半导体层作为功能层 压体的情况下，未注意到功能层压体的氮化物半导体层和缓冲区之间的晶格失配的问题。
[0012] 本发明的目的在于解决上述问题并提供一种半导体器件，其中在缓冲区中得到改 进的结晶品质有效地传递至功能层压体，从而改进功能层压体的平坦性和结晶性。本发明 的另一目的在于提供一种半导体器件的生产方法。
[0013] 用于解决问题的方案
[0014] 本发明的发明人已经进行各种研宄以实现上述目的，结果发现缓冲区中得到改 进的结晶性和平坦性能够通过在基板上的缓冲区和从缓冲区侧具有例如η型Al xGapxN层 (0彡X < 1)、发光层和ρ型AlyGa^yN层（0彡y彡1)的功能层压体中的η型AlxGa^ xN层 之间设置AlzGa1=N调整层而有效地传递至功能层压体。注意Al zGa1=N调整层（0 < ζ < 1) 含有P型杂质，和Al组成ζ在功能层压体的最接近缓冲区侧的η型AlxGa1J层的Al组成 x±0. 05范围内。因而，他们完成了本发明。
[0015] 本发明基于上述发现，并且其构成特征如下。
[0016] (1) -种半导体器件，其包括基板上的缓冲区和功能层压体，所述功能层压体包含 多层氮化物半导体层，
[0017] 其中所述功能层压体包括在所述缓冲区侧的第一 η型或i型AlxGapxN层（0彡X < 1)，和
[0018] 在所述缓冲区和所述功能层压体之间设置具有约等于第一 AlxGa1J层 (χ-0· 05彡z彡χ+0· 05, 0彡z < 1)的Al组成的、含有p型杂质的AlzGa1=N调整层
[0019] (2)根据上述（1)所述的半导体器件，其中所述基板是AlN模板基板。
[0020] (3)根据上述⑴或⑵所述的半导体器件，其中所述缓冲区包括至少在所述功 能层压体侧的AlaGapaN层（0彡α彡1)，并且所述AlaGap aN层的Al组成α和所述第一 AlxGa^N层的Al组成X之间的差为0. 1以上。
[0021] (4)根据上述（1)-⑶任一项所述的半导体器件，其中
[0022] 所述第一 AlxGa1J^层为η型，和
[0023] 所述功能层压体在所述第一 AlxGapxN层上依次至少包括发光层和第二AlyGapyN 层（0 彡 y < 1) 〇
[0024] (5)根据上述（1)-(3)任一项所述的半导体器件，其中在所述含有p型杂质的 AlzGa1J调整层和所述第一 AlxGa1J层之间进一步设置未掺杂有杂质的i型AlwGanN层 (χ-0· 05 彡 w 彡 χ+0· 05, 0 彡 w < 1)。
[0025] (6)根据上述（5)所述的半导体器件，其中所述含有p型杂质的AlzGa 1J调整层 和所述未掺杂有杂质的i型AlwGapwN层满足z < w的关系。
[0026] (7)根据上述（1)-(6)任一项所述的半导体器件，其中所述含有p型杂质的 AlzGa1=N调整层的厚度在IOOnm至1500nm的范围中。
[0027] (8)根据上述（1)-(7)任一项所述的半导体器件，其中所述含有p型杂质的 AlzGa1=N调整层掺杂有Mg，Mg浓度在5 X IOlfVcm3至2 X 10 2tVcm3的范围中。
[0028] (9)根据上述（1)-⑶任一项所述的半导体器件，其中所述第一 AlxGa1J层中含 有的O浓度小于2X1018/cm 3。
[0029] (10)根据上述（1)-(9)任一项所述的半导体器件，其中所述缓冲区包括具有通过 交替堆叠 AlpGagN层（0< β <0.3)和AlN层而形成的超晶格结构的超晶格应变缓冲 层。
[0030] (11) 一种半导体器件的生产方法，其中将缓冲区、含有P型杂质的AlzGa1=N调整 层（χ-0· 05彡z彡χ+0· 05, O彡z < 1)和包括i型或η型AlxGahN层（0彡X < 1)的功能 层压体按顺序形成于基板上。
[0031] 发明的效果
[0032] 本发明能够提供具有平坦性和结晶性优异的功能层压体的半导体器件和半导体 器件的生产方法。缓冲区中得到改进的平坦性和结晶性能够通过在基板上的缓冲区和具有 η型AlxGa1J层（0彡x< 1)的功能层压体中第一 η型或i型AlxGa1J层之间设置AlzGa1=N 调整层而有效地传递至功能层压体。AlzGa1=N调整层（0<z < 1)含有p型杂质，并且Al 组成z在第一 AlxGa^N层的Al组成X的±0. 05范围内。
【附图说明】
[0033] 图1为根据本发明的半导体器件100的示意性截面图。
[0034] 图2为示出在根据本发明半导体器件100的生产时层状结构的示意性截面图。
[0035] 图3 (a)和3 (b)分别为实验例1和2中表面的1000倍显微照片。
[0036] 附图标记说明
[0037] 100 :半导体器件
[0038] 1 :基板
[0039] la:蓝宝石基板
[0040] lb :A1N 或 AlGaN 层
[0041] 2:缓冲层
[0042] 2a :P 型 Al JjGa1-P N 层
[0043] 2b :A1N 层
[0044] 3 :功能层压体
[0045] 4 :N 型 AlxGahN 层
[0046] 5 :含有P型杂质的AlzGa 1J调整层
[0047] 6 :发光层
[0048] 7 :P 型 AlyGa1J 层
[0049] 8 :未掺杂有杂质的I型AlwGa^N层
[0050] 9:P侧电极
[0051] 10:N 侧电极
【具体实施方式】
[0052] 将参照附图来描述根据本发明的半导体器件的实施方案。
[0053] 图1为示出根据本发明的半导体器件100的实例的示意性截面图。
[0054] 如图1所示，根据本发明的半导体器件100包括在基板1上的缓冲区2和具有多 层氮化物半导体层的功能层压体3。半导体器件100的特征在于功能层压体3具有在缓冲 区2侧的第一 η型或i型AlxGa1J层（0彡X < 1) 4 (图1中的η型），和AlzGa1J调整层 (χ-0. 05彡ζ彡χ+0. 05, O彡ζ < 1) 5 (下文中也简称为〃调整层5〃）设置在缓冲区2和功 能层压体3之间。调整层5含有ρ型杂质，并且具有约等于第一 AlxGapxN层4的Al组成。 在此类结构的情况下，缓冲区2中得到改进的平坦性和结晶性能够有效地传递至功能层压 体3,这导致功能层压体3优选的平坦性和结晶性。注意功能层压体3是指在半导体器件 如LED或HEMT中用作器件的部分，在所述器件的部分中例如电流流动，即使调整层5邻接 第一 AlxGa1=N层（0 < X < 1)4,器件的功能也不赋予至调整层5。
[0055] 含有p型杂质的AlzGa1J调整层5设置在缓冲区2和η型Al xGa1J层4之间，这 可以特别地防止杂质如氧（O)从基板1扩散至功能层压体3中；结果，能够改进光输出。此 外，由于调整层5含有ρ型杂质，因而促进了调整层5中的横向生长，调整层5的平坦性可 以得到改进，这由此改进调整层5上各层的平坦性。此外，含有ρ型杂质的Al zGa1=N调整层 5的Al组成ζ设定在η型AlxGa1J层4的Al组成χ±0. 05范围内，以致缓冲区2和ρ型 AlzGa1J调整层5中得到改进的结晶性和平坦性能够有效地传递至η型AlxGa 1J层4,甚 至是传递至其上设置的各层。因而，本发明的半导体器件100能够实现高的光输出。<