專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及一種半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
當在襯底上、尤其是半導(dǎo)體襯底的主表面上生長薄膜以形成半導(dǎo)體器件時，半導(dǎo)體襯底的主表面暴露于用于形成薄膜的源氣體，同時加熱半導(dǎo)體襯底。例如,源氣體可以包含III族氮化物半導(dǎo)體的有機金屬化合物作為陽離子，或者可以包含V族元素作為陰離子。通過將源氣體供應(yīng)到半導(dǎo)體襯底的主表面上，在半導(dǎo)體襯底的主表面上生長薄膜。生長薄膜的上述方法稱為氣相生長方法。氣相生長方法是一種用于外延晶體生長的方式。當使用氣相生長方法在襯底上生長薄膜時，例如，薄膜的材料可以與襯底的材料不同。在襯底上生長由與襯底的材料不同的材料構(gòu)成的薄膜的方法稱為異質(zhì)外延生長方法。而且，使用異質(zhì)外延生長方法形成的薄膜稱為異質(zhì)外延膜，并且異質(zhì)外延膜與襯底之間的界面稱為異質(zhì)界面。如后文所述，襯底表示在其上形成有目標薄膜的元件，襯底可以包括在其主表面上形成有目標薄膜的單層襯底，以及包含在其上預(yù)先形成的一個或多個薄膜的襯底(在其上預(yù)先形成外延膜的襯底被稱為外延晶片(epi-wafer))。就后者而言,是在預(yù)先形成在襯底上的薄膜上形成目標薄膜。因為難以在InGaN膜與GaN膜之間的界面附近獲得銦(In)濃度改變的陡的斜度(gradient),所以,例如當形成上述異質(zhì)外延膜時,在諸如GaN晶體膜等III族氮化物半導(dǎo) 體膜上生長的InGaN薄膜可能有問題。具體來說，可能不能在GaN膜上形成具有理想銦濃度的InGaN薄膜。例如，當形成具有大約5nm厚度的InGaN薄膜時，可以在InGaN膜與GaN膜之間的界面附近沿InGaN膜的厚度方向形成達大約Inm至2nm具有較低銦(In)濃度的過渡層。這種過渡層可以阻止InGaN膜與GaN膜之間的界面附近的銦濃度改變具有陡的斜度。當以異質(zhì)外延生長方式在GaN晶體膜上生長AlGaN薄膜時也可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。使用異質(zhì)外延生長方法在界面附近形成而具有如此低的或不均勻的銦濃度的過渡層可能使采用異質(zhì)外延膜的半導(dǎo)體器件的特性惡化。因此，為了改善采用異質(zhì)外延膜的半導(dǎo)體器件的特性，有必要抑制過渡層，使得當使用異質(zhì)外延生長方法時在異質(zhì)界面附近可以獲得薄膜濃度的陡的斜度。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的一個示例性實施例提供一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括襯底；中間層，包括第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，其中該第一半導(dǎo)體層設(shè)置在該襯底上且包括摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜劑的AlxGahN(O ( X ( I)，而該第二半導(dǎo)體層設(shè)置在第一半導(dǎo)體層上且包括非摻雜的氮化鎵(GaN);以及驅(qū)動單元，設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上。根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的中間層可以抑制由于壓電場效應(yīng)引起的電流漏泄。結(jié)果是，能夠可靠運行驅(qū)動單元。


從以下結(jié)合附圖進行的詳細說明，將更清楚地理解實施例的細節(jié)。圖I為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖； 圖2為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3a為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3b為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖4為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖5為根據(jù)一個示例性實施例的驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)的剖視圖；以及圖6為根據(jù)一個示例性實施例的驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將具體參考實施例，在附圖中示出其實例。然而，本公開文本可以以多種不同方式實施，并且不應(yīng)當理解為局限于本文列出的實施例。更確切地，這些實施例的提供使得公開內(nèi)容將會詳盡而完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表明本發(fā)明的范圍。本公開文本僅由權(quán)利要求的范疇進行限定。在特定實施例中，本領(lǐng)域熟知的器件構(gòu)造或工藝的詳細說明可以被省略以避免對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言本公開文本變得模糊?？赡艿脑挘扛綀D中將使用相同的附圖標記以表示相同或相似的部件。本文可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“在…下部”、“在…上方”或“在…上
部”等與空間相關(guān)的詞語以描述如圖所示的一個元件相對另一個元件的關(guān)系。應(yīng)當理解，除了圖中描述的方位之外，與空間相關(guān)的詞語意欲包含器件的不同方位。例如，如果將一個圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其它元件的“下方”或“下面”的元件將被確定方向為在其它元件的“上方”。因此，示例性詞語“在…下方”或“在…下面”能夠包含上方和下方兩個方位。由于器件可以沿另一個方向定位，因而可以根據(jù)器件的方位來解釋與空間相關(guān)的詞語。本公開文本使用的術(shù)語只是為了描述特定實施例的目的，并不是為了限制本公開文本。除非上下文中清楚地指出，否則本文用到的單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當理解，當本說明書使用詞語“包含(comprise)”和/或“包含(comprising) ”時,其表明所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或附加。除非另有定義，否則本文用到的所有詞語(包括技術(shù)和科學(xué)用語)都與本技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。還應(yīng)當理解，例如在常用詞典中定義的詞語應(yīng)當被理解為具有與它們在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域和本文的上下文中一致的含義，并且除非本文明確定義，否則不應(yīng)當被理想化或過于形式化地理解。在附圖中，為了便于說明以及為了清晰起見，每層的厚度或尺寸被夸張、省略或示意性示出。而且，每一個組成元件的尺寸或區(qū)域不完全反映其實際尺寸。以下將參照附圖來詳細描述實施例。圖I至圖4為根據(jù)各種示例性實施例的半導(dǎo)體器件100和200的結(jié)構(gòu)的剖視圖。參照圖1，示出根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件100。半導(dǎo)體器件100包括襯底110 ;中間層140和150，包括第一半導(dǎo)體層140，設(shè)置在襯底110上且包括摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜劑的AlxGai_xN(0彡X彡I);以及第二半導(dǎo)體層150，設(shè)置在第一半導(dǎo)體層140上且包括非摻雜氮化鎵(GaN);以及驅(qū)動單元160，設(shè)置在第二半導(dǎo)體層150上。襯底110可以被設(shè)置在第一半導(dǎo)體層140下方。襯底110可以支撐第一半導(dǎo)體層140。襯底110可以接收來自第一半導(dǎo)體層140的熱量。襯底110的材料可以是半導(dǎo)體材料、金屬材料、復(fù)合材料或它們的組合。襯底110可以包括根據(jù)具體實現(xiàn)方式(implementation)而定的半導(dǎo)體材料。例如，襯底110可以包·括諸如硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、碳化硅(SiC)、鍺化硅(SiGe)、氮化鎵(GaN)或三氧化二鎵(gallium(III)oxide, Ga2O3)等載體晶片。襯底110可以包括導(dǎo)電材料。襯底110可以包括根據(jù)具體實現(xiàn)方式而定的金屬材料。例如，襯底Iio可以包括從金(Au)、鎳(Ni)、鎢(W)、鑰(Mo)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉭(Ta)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鉻(Cr)構(gòu)成的組里選擇的任何一個以及它們的合金。襯底110可以以分別由上述金屬元素構(gòu)成的兩個層或多個層堆疊的形式形成。第一緩沖層120被設(shè)置在襯底110上，第二緩沖層130被設(shè)置在第一緩沖層120上。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以包括晶格常數(shù)與襯底110的材料的晶格常數(shù)不同的材料。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以包括晶格常數(shù)特性與第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150的材料的晶格常數(shù)特性類似的材料。例如，當?shù)谝话雽?dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150的材料的晶格常數(shù)小于襯底110的材料的晶格常數(shù)時，第一緩沖層120和/或第二緩沖層130的材料的晶格常數(shù)小于襯底110的材料的晶格常數(shù)。當?shù)谝话雽?dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150的材料的晶格常數(shù)大于襯底110的材料的晶格常數(shù)時，第一緩沖層120和/或第二緩沖層130的材料的晶格常數(shù)大于襯底110的材料的晶格常數(shù)。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以具有應(yīng)力(stress)。第一緩沖層120可以由氮化鋁(AlN)構(gòu)成。用于形成第一緩沖層120的源氣體可以包含鋁(Al)、三甲基鋁(TMA)、三乙基鋁(TEA)、三甲基胺鋁(TMMA)、二甲基乙鋁(DMEAA)、三異丁基鋁(TIBA)等，反應(yīng)氣體可以包含氨氣(NH3)。源氣體和反應(yīng)氣體被導(dǎo)入至反應(yīng)室，并且在500°C至600°C溫度下彼此進行反應(yīng)以形成第一緩沖層120。本公開文本不限于此。第二緩沖層130可以包括氮化鎵鋁(AlGaN)。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以在襯底110上以單晶形式生長。本公開文本不限于此。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以降低襯底110與第一半導(dǎo)體層140之間的晶格失配。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以使第一半導(dǎo)體層140在其上容易生長。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以改善第一半導(dǎo)體層140的晶體特性。第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以包括用于減少襯底110與第一半導(dǎo)體層140的晶格常數(shù)之間差異的材料。在根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件100中，第一緩沖層120和/或第二緩沖層130的材料可以具有比襯底110的材料的晶格常數(shù)小的晶格常數(shù)。當晶格常數(shù)小于襯底110的晶格常數(shù)的第一緩沖層120和/或第二緩沖層130被設(shè)置在襯底110上時，會在第一緩沖層120和/或第二緩沖層130處出現(xiàn)應(yīng)力，使得第一緩沖層120和/或第二緩沖層130彎曲成凹面形。雖然第一緩沖層120和/或第二緩沖層130可以包括氮化物材料，然而可以使用與在形成第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150的過程中使用的方法不同的方法來形成第一緩沖層120和/或第二緩沖層130。本公開文本不限于此。在一些情況下，可以使用MOCVD形成第一緩沖層120和/或第二緩沖層130?？商娲?，可以使用濺射或HVPE方法將第一緩沖層120和/或第二緩沖層130快速設(shè)置在襯底110上。半導(dǎo)體器件100還可以包括介于襯底110與中間層140和150之間的第三緩沖層172和/或第四緩沖層174。第四緩沖層174可以被設(shè)置在第三緩沖層172上。第三緩沖層172可以包括非摻雜AlxGahN(O彡x彡I)。第四緩沖層174可以包 括非摻雜氮化鎵(GaN)。第三緩沖層172和/或第四緩沖層174不需要摻雜P型摻雜劑并因此其具有改善的晶體特性。這樣，第三緩沖層172和/或第四緩沖層174可以改善第一半導(dǎo)體層140與第二半導(dǎo)體層150的晶體特性。中間層140和150可以被設(shè)置在襯底110上。在另一個示例性實施例中，中間層140和150可以被設(shè)置在第二緩沖層130或第四緩沖層174上。中間層140和150可以包括第一半導(dǎo)體層140以及被設(shè)置在第一半導(dǎo)體層140上的第二半導(dǎo)體層150。第一半導(dǎo)體層140可以在第二緩沖層130上生長。本公開文本不限于此。 第一半導(dǎo)體層140可以包括AlxGa1J (O彡x彡I)。第一半導(dǎo)體層140可以摻雜第一摻雜劑(其可以是P型摻雜劑)。第一摻雜劑可以是鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、碳(C)、鋇(Ba)等。第一半導(dǎo)體層140可以摻雜P型摻雜劑以在其中包含空穴。當x(鋁的濃度)是零時，第一半導(dǎo)體層140可以包括氮化鎵(GaN)。當?shù)谝话雽?dǎo)體層140包含空穴時，可以抑制由壓電場效應(yīng)造成的電流漏泄，其中壓電場效應(yīng)是由于在襯底110、第一緩沖層120、第二緩沖層130、第一半導(dǎo)體層140以及第二半導(dǎo)體層150之間的晶格常數(shù)的不同產(chǎn)生的壓強而在各層之間出現(xiàn)的。當?shù)谝话雽?dǎo)體層140包含空穴時，可以防止電子停留在第二緩沖層130與第二半導(dǎo)體層150之間。因此，可以使第一半導(dǎo)體層140與第二半導(dǎo)體層150之間的能帶的彎曲最小化，因此可以減少壓電場效應(yīng)。這樣，可以抑制因2DEG(二維電子氣)引起的電流漏泄。第二半導(dǎo)體層150可以被設(shè)置在第一半導(dǎo)體層140上。第二半導(dǎo)體層150可以包括非摻雜氮化鎵(GaN)。例如，可以通過在700°C溫度下將NH3和三甲基鎵(TMG)供應(yīng)到第二緩沖層130上來形成第二半導(dǎo)體層150。本公開文本不限于此。第二半導(dǎo)體層150可以形成為具有預(yù)定厚度的非摻雜層。由于第一半導(dǎo)體層140和第二半導(dǎo)體層150具有的晶格常數(shù)小于襯底110的晶格常數(shù)，因而第一半導(dǎo)體層140和第二半導(dǎo)體層150具有的應(yīng)力與第一緩沖層120和/或第二緩沖層130具有的應(yīng)力相似。第一半導(dǎo)體層140和第二半導(dǎo)體層150可施加所述應(yīng)力，因此可以彎曲成凸面形。此應(yīng)力可以抵消襯底110、第一緩沖層120或第二緩沖層130的應(yīng)力。由于第一半導(dǎo)體層140與第二半導(dǎo)體層150的彎曲度被最小化，因而半導(dǎo)體器件100具有均勻的鋁濃度。參照圖I，半導(dǎo)體器件100還可以包括被設(shè)置在襯底110與中間層140和150之間且包括非摻雜AlxGahN (O ^ I)的第三緩沖層172，以及包括被設(shè)置在第三緩沖層130與中間層140和150之間且包括非摻雜氮化鎵(GaN)的第四緩沖層174。第三緩沖層172包括非摻雜AlxGahN(O ^ x ^ I)以具有改善的晶體特性。當X(鋁的濃度)是零時，第三緩沖層172可以包括氮化鎵(GaN)。第三緩沖層172和第四緩沖層174堆疊在彼此的頂部以使半導(dǎo)體層的彎曲度最小化。這樣，可以抑制因2DEG(二維電子氣)引起的電流漏泄。參照圖2，第一半導(dǎo)體層140包括多個第一半導(dǎo)體層140，第二半導(dǎo)體層150包括多個第二半導(dǎo)體層150。第一半導(dǎo)體層140和第二半導(dǎo)體層150彼此交替設(shè)置。隨著第一半導(dǎo)體層140與第二半導(dǎo)體層150的交替的數(shù)量增加，第一半導(dǎo)體層140與第二半導(dǎo)體層150的應(yīng)力逐漸抵消襯底110、第一緩沖層120或第二緩沖層130的應(yīng)力。雖然第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150以較慢的生長速率生長，然而第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150具有優(yōu)良的晶體特性。另一方面，當?shù)谝痪彌_層120和/或第二緩沖層130以較慢的生長速率生長時，第一緩沖層120和/或第二緩沖層130不具有優(yōu)良的晶體特性?？梢允褂门c在形成第一緩沖層120和/或第二緩沖層130的過程中使用的方法不同的方法來形成第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150。本公開文本不限于此。例如，可以使用MOCVD (金屬有機化學(xué)氣相沉積)、CVD (化學(xué)氣相沉積)、PECVD (等離子體增強CVD)、MBE (分子束外延)或HVPE (氫化物氣相外延)等方法來形成第一半導(dǎo)體層140和/或第二半導(dǎo)體層150。本公開文本不限于此。參照圖3a，示出根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件200。半導(dǎo)體器件200包括襯底210 ;中間層240、250以及260，其中所述中間層包括第一半導(dǎo)體層240，設(shè)置在襯底210上且包括AlxGa^N (O彡X彡I);第二半導(dǎo)體層250，設(shè)置在第一半導(dǎo)體層240上且包括非摻雜氮化鎵(GaN);以及第三半導(dǎo)體層260,設(shè)置在第二半導(dǎo)體層250上且摻雜有第一摻雜劑；以及驅(qū)動單元270，設(shè)置在中間層240、250以及260上。以下可以省略與圖I和圖2中的相同的說明。襯底210可以被設(shè)置在第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260下方，并可以支撐它們。第一緩沖層220可以被設(shè)置在襯底210上。第二緩沖層230可以被設(shè)置在第一緩沖層220上。用于形成第一緩沖層220和/或第二緩沖層230的材料或沉積方法可以與上述相同。半導(dǎo)體器件200還可以包括介于襯底210與中間層240、250以及260之間的第三緩沖層282和/或第四緩沖層284。第四緩沖層284可以在第三緩沖層282上形成。第三緩沖層282可以包括非摻雜AlxGa^N (O彡x彡I)。第四緩沖層284可以包括非摻雜氮化鎵(GaN)。第三緩沖層282和/或第四緩沖層284可以不摻雜P型摻雜劑以具有優(yōu)良的晶體特性。這樣，第三緩沖層282和/或第四緩沖層284可以改善位于其上的第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260的晶體特性。第一半導(dǎo)體層240可以包括AlxGa^N (O彡x彡I)。根據(jù)一個示例性實施例的第一半導(dǎo)體層240可以包括非摻雜AlxGai_xN(0 < x < I)。即使第一半導(dǎo)體層240包括非摻雜層，然而第一半導(dǎo)體層240會施加應(yīng)力以減少由于壓電場效應(yīng)造成的2DEG(二維電子氣)。根據(jù)另一個示例性實施例的第一半導(dǎo)體層240可以摻雜第一摻雜劑(其可以是P型摻雜劑)。第一摻雜劑可以是鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、碳(C)、鋇(Ba)等。第一半導(dǎo)體層240可以摻雜P型摻雜劑以在其中包含空穴。當?shù)谝话雽?dǎo)體層240包含空穴時，可以抑制由壓電場效應(yīng)造成的電流漏泄，其中壓電場效應(yīng)是由于襯底210、第一緩沖層220、第二緩沖層230、第一半導(dǎo)體層240以及第二半導(dǎo)體層250之間的晶格常數(shù)不同產(chǎn)生的壓強而在各層之間出現(xiàn)的。當?shù)谝话雽?dǎo)體層240包含空穴時，可以防止電子停 留在第二緩沖層230與第二半導(dǎo)體層250之間。第二半導(dǎo)體層250可以被設(shè)置在第一半導(dǎo)體層240上。第二半導(dǎo)體層250可以包括非摻雜氮化鎵(GaN)。由于第一半導(dǎo)體層240和第二半導(dǎo)體層250具有的晶格常數(shù)小于襯底210的晶格常數(shù)，因而第一半導(dǎo)體層240和第二半導(dǎo)體層250具有的應(yīng)力與第一緩沖層220和/或第二緩沖層230具有的應(yīng)力相似。第一半導(dǎo)體層240和第二半導(dǎo)體層250可以施加所述應(yīng)力，因此可以彎曲成凸面形。此應(yīng)力抵消了襯底210、第一緩沖層220或第二緩沖層230的應(yīng)力。通過這種方式，可以減小施加到第二半導(dǎo)體層250上的應(yīng)力。第三半導(dǎo)體層260可以被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層250上。第三半導(dǎo)體層260可以包括氮化鎵(GaN)。第三半導(dǎo)體層260可以摻雜第一摻雜劑(其可以是P型摻雜劑)。第一摻雜劑可以是鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、碳(C)、鋇(Ba)等。由于第三半導(dǎo)體層260具有的晶格常數(shù)小于襯底210的晶格常數(shù)，因而第三半導(dǎo)體層260具有的應(yīng)力與第一緩沖層220和/或第二緩沖層230的應(yīng)力相似。第三半導(dǎo)體層260可以施加所述應(yīng)力，因此可以彎曲成凸面形。此應(yīng)力抵消了襯底210、第一緩沖層220或第二緩沖層230的應(yīng)力。第三半導(dǎo)體層260可以使半導(dǎo)體器件200中的P型摻雜區(qū)最小化。這樣，第三半導(dǎo)體層260可以使因P型摻雜劑造成的氮化物半導(dǎo)體的晶體質(zhì)量惡化最小化。第三半導(dǎo)體層260可以薄于第二半導(dǎo)體層250。第三半導(dǎo)體層260可以具有處于IOnm至IOOnm范圍的厚度。當?shù)谌雽?dǎo)體層260具有IOnm以下的厚度時，不能獲得2DEG(二維電子氣)補償效果。當?shù)谌雽?dǎo)體層260具有IOOnm以上的厚度時，其晶體特性會受到不利影響。第三半導(dǎo)體層260可以在其中包含空穴。當?shù)谝话雽?dǎo)體層240包含空穴時，可以抑制由壓電場效應(yīng)造成的電流漏泄，其中壓電場效應(yīng)是由于襯底210、第一緩沖層220、第二緩沖層230、第一半導(dǎo)體層240以及第二半導(dǎo)體層250之間的晶格常數(shù)不同產(chǎn)生的壓強而在各層之間出現(xiàn)的。在根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件200中，由于各層的應(yīng)力之間的抵消，因而可以使半導(dǎo)體器件的彎曲度最小化。隨著半導(dǎo)體器件200的彎曲度最小化，可以使每一個半導(dǎo)體層的整個區(qū)域的濃度均勻。雖然第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250和/或第三半導(dǎo)體層260以較慢的生長速率生長，然而第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250和/或第三半導(dǎo)體層260具有優(yōu)良的晶體特性。另一方面，當?shù)谝痪彌_層220和/或第二緩沖層230以較慢的生長速率生長時，第一緩沖層220和/或第二緩沖層230不具有優(yōu)良的晶體特性?？梢允褂门c在形成第一緩沖層220和/或第二緩沖層230的過程中使用的方法不同的方法來形成第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260。本公開文本不限于此。例如，可以使用MOCVD (金屬有機化學(xué)氣相沉積)、CVD (化學(xué)氣相沉積)、PECVD (等離子體增強CVD)、MBE (分子束外延)或HVPE (氫化物氣相外延)等方法來形成第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250和/或三半導(dǎo)體層260。本公開文本不限于此。圖3b為根據(jù)與圖3a不同的示例性實施例的半導(dǎo)體器件200的剖視圖。參照圖3b，半導(dǎo)體器件200還可以包括介于中間層240、250以及260與驅(qū)動單元270之間的第三緩沖層286和/或第四緩沖層288。
第三緩沖層286可以包括非摻雜AlxGahN (O彡x彡I)。即，具有與被設(shè)置在中間層240、250以及260下方的第三緩沖層282的組分相同的第三緩沖層286可以被設(shè)置在中間層240,250以及260上方。第四緩沖層288可以包括非摻雜氮化鎵(GaN)。即，具有與被設(shè)置在中間層240、250以及260下方的第四緩沖層284的組分相同的第四緩沖層288可以被設(shè)置在中間層240,250以及260上方。第三緩沖層286和/或第四緩沖層288可以不摻雜P型摻雜劑以具有優(yōu)良的晶體特性。這樣，第三緩沖層286和/或第四緩沖層288可以改善設(shè)置在其上方的驅(qū)動單元270的晶體特性。參照圖4，第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260可以分別包括多個第一半導(dǎo)體層、多個第二半導(dǎo)體層以及多個第三半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260可以彼此交替設(shè)置。隨著第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260的交替的數(shù)量增加，第一半導(dǎo)體層240、第二半導(dǎo)體層250以及第三半導(dǎo)體層260的應(yīng)力逐漸抵消襯底210、第一緩沖層220或第二緩沖層230的應(yīng)力。圖5為根據(jù)一個示例性實施例的半導(dǎo)體器件的驅(qū)動單元300的結(jié)構(gòu)的剖視圖。參照圖5，驅(qū)動單元300可以包括具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340以及被設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340之間的有源層的發(fā)光結(jié)構(gòu)315。發(fā)光結(jié)構(gòu)315可以被設(shè)置在中間層310上方。本公開文本不限于此。中間層310可以由用于使發(fā)光結(jié)構(gòu)315的晶格常數(shù)與被設(shè)置在中間層310下方的層的晶格常數(shù)彼此匹配的材料構(gòu)成。有源層330可以被設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340之間。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340中的一個可以被實現(xiàn)為摻雜有P型摻雜劑的P型半導(dǎo)體層。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340中的另一個可以被實現(xiàn)為摻雜有N型摻雜劑的N型半導(dǎo)體層。當?shù)谝粚?dǎo)電類型半導(dǎo)體層320被實現(xiàn)為P型半導(dǎo)體層時，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340可以被實現(xiàn)為N型半導(dǎo)體層，反之亦然。
P型半導(dǎo)體層可以包括半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料具有摻雜有諸如鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、碳(C)、鋇(Ba)等 P 型摻雜劑的 InxAlyGa^N (O 彡 x 彡 1，
O^ y ^ I,以及O ^ x+y ^ I)(例如為氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化銦(InN)、氮化鎵鋁銦(InAlGaN)、氮化銦鋁(AlInN)等)組分。N型半導(dǎo)體層可以包括半導(dǎo)體材料，其中所述半導(dǎo)體材料具有摻雜有諸如硅
(Si)、鍺(Ge)、錫(Se)、硒(Te)、碲(Te)等N型摻雜劑的 InxAlyGa1^yN(O ^ x ^ I, O ^ y ^ I,以及0<x+y< I)(例如為氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化銦(InN)、氮化鎵鋁銦(InAlGaN)、氮化銦鋁(AlInN)等)組分。有源層330可以被設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層320與第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層340之間。有源層330可以是使用III族至V族化合物半導(dǎo)體材料的單個或多個量子阱結(jié)構(gòu)、量子線結(jié)構(gòu)、量子點結(jié)構(gòu)等。
·
當有源層330具有量子阱結(jié)構(gòu)時，所述量子阱結(jié)構(gòu)可以是包括阱層和勢壘層的單個或多個量子阱結(jié)構(gòu)，其中所述阱層具有InxAlyGai_x_yN(0彡x彡1，O彡y彡1，以及
O^ x+y ^ I)組分，所述勢壘層具有InaAlbGai_a_bN(0彡a彡1，0彡b彡1，以及O彡a+b彡I)組分。所述阱層可以包括能帶隙小于勢壘層的能帶隙的材料。導(dǎo)電的覆層(未示出)可以被設(shè)置在有源層330上方和/或下方。導(dǎo)電的覆層(未示出)可以包括AlGaN基半導(dǎo)體材料，并且可以具有比有源層330的能帶隙大的能帶隙。圖6為根據(jù)另一個示例性實施例的驅(qū)動單元400的結(jié)構(gòu)的剖視圖。參照圖6，驅(qū)動單元400可以包括第一材料層410 ;第二材料層420，設(shè)置在第一材料層410上且供應(yīng)溝道；源極430，設(shè)置在第二材料層420上；柵極440，設(shè)置在第二材料層420上；以及漏極450，設(shè)置在第二材料層420上。第一材料層410可以具有比第二材料層420更小的極化率和能帶隙。第一材料層410可以是半導(dǎo)體層。例如，第一材料層410可以包括氮化鎵(GaN)或氮化鎵銦(InGaN)。本公開文本不限于此。第二材料層420可以是半導(dǎo)體層。例如，第二材料層420可以主要由氮化鎵鋁(AlGaN)或氮化鋁(AlN)組成。本公開文本不限于此。由于第一材料層410與第二材料層420之間的極化率的不同，因而第二材料層420可發(fā)生極化。第二材料層420的電荷可以是極化電荷。在第一材料層410與第二材料層420之間的界面處出現(xiàn)的電荷可以是二維電子氣(2DEG)。第二材料層420可以是溝道供應(yīng)層(channel supply layer)以促使在第一材料層410中形成2DEG溝道。在第二材料層420中，二維電子氣可以抵消因極化造成的表面電荷。第一材料層410可以是溝道形成層。源極430、柵極440以及漏極450可以被設(shè)置在第二材料層420上。源極430、柵極440以及漏極450彼此可以間隔開。根據(jù)另一個示例性實施例，絕緣層(未示出)可以被設(shè)置在柵極440與第二材料層420之間。所述絕緣層(未示出)可以包括電氣絕緣材料。例如，所述電氣絕緣材料可以包括 A1203、SiO2 *SiN。根據(jù)上述示例性實施例的半導(dǎo)體器件可以包括中間層。這樣，可以抑制由于壓電場效應(yīng)引起的電流漏泄。結(jié)果是，能夠可靠運行驅(qū)動單元。就配置和制造工藝而言，根據(jù)本公開文本的半導(dǎo)體器件不局限于上述示例性實施例。全部或部分上述示例性實施例可以彼此選擇性合并，使得上述示例性實施例可以進行各種變型。在本公開文本的至少一個實施例中而不必是全部實施例中包括所描述的與實施例有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，可以以任何適當?shù)姆绞綄⒈竟_文本的任何具體實施例的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性與一個或多個其它實施例進行合并，或者可以由實施例所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員進行改變。因此，應(yīng)當理解，與這種組合或改變相關(guān)的內(nèi)容落入本公開文本的精神和范圍內(nèi)。雖然已參照許多說明性實施例描述了實施例，然而應(yīng)當理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出許多落入實施例的本質(zhì)方案(intrinsic aspect)的范圍的其它變型和應(yīng)用。更 具體地，在實施例的具體組成元件中可以有各種變化和變型。另外，應(yīng)當理解，與變化和變型有關(guān)的差異也落入由附加的權(quán)利要求限定的本公開文本的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底； 中間層，包括第一半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述襯底上且包括摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜劑的AlxGahN且O < X ( I ;以及第二半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上且包括非摻雜氮化鎵(GaN)；以及 驅(qū)動單元，設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述中間層包括多個所述第一半導(dǎo)體層以及多個所述第二半導(dǎo)體層， 其中所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層彼此交替。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，還包括 第三緩沖層，設(shè)置在所述襯底與所述中間層之間，并且該第三緩沖層包括非摻雜AlxGa1^N 且 O 彡 X ( I ;以及 第四緩沖層，設(shè)置在所述第三緩沖層與所述中間層之間且包括非摻雜氮化鎵(GaN)。
4.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底； 中間層，包括第一半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述襯底上且包括AlxGkxN且O SxS I ;第二半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上且包括非摻雜氮化鎵(GaN);以及第三半導(dǎo)體層，設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上且摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜劑；以及 驅(qū)動單元，設(shè)置在所述第三半導(dǎo)體層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述第一半導(dǎo)體層摻雜有第一導(dǎo)電類型摻雜劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述第三半導(dǎo)體層具有IOnm至IOOnm的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述第一半導(dǎo)體層是非摻雜的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述中間層包括多個所述第一半導(dǎo)體層、多個所述第二半導(dǎo)體層以及多個所述第三半導(dǎo)體層， 其中所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層以及所述第三半導(dǎo)體層彼此交替。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件，還包括 第三緩沖層，設(shè)置在所述襯底與所述中間層之間，并且該第三緩沖層包括非摻雜AlxGa1^N 且 O 彡 X ( I ;以及 第四緩沖層，設(shè)置在所述第三緩沖層與所述緩沖層之間，且該第四緩沖層包括非摻雜氮化鎵(GaN)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件還包括第三緩沖層，包括非摻雜AlxGahN且 I;以及第四緩沖層，包括非摻雜氮化鎵(GaN)； 其中所述第三緩沖層和所述第四緩沖層被設(shè)置在所述中間層與所述驅(qū)動單元之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的器件，其中所述襯底包括從包括硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)、碳化硅(SiC)、鍺化硅(SiGe)、氮化鎵(GaN)以及三氧化二鎵(Ga2O3)的組里選擇的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的器件，其中所述第一導(dǎo)電類型摻雜劑是P型摻雜劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的器件，還包括被設(shè)置在所述襯底與所述緩沖層之間且包括氮化鋁(AlN)的第一緩沖層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，還包括被設(shè)置在所述第一緩沖層與所述緩沖層之間且包括氮化鎵鋁(AlGaN)的第二緩沖層。
15.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的器件，其中所述驅(qū)動單元包括 第一材料層，用來形成溝道； 第二材料層，設(shè)置在所述第一材料層上以供應(yīng)所述溝道；以及 源極、柵極和漏極，分別設(shè)置在所述第二材料層上。
16.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的器件，其中所述驅(qū)動單元包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層以及位于所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層之間的有源層。
全文摘要
根據(jù)示例性實施例的一種半導(dǎo)體器件包括襯底；中間層，包括第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層，其中該第一半導(dǎo)體層設(shè)置在襯底上且包括摻雜有第一摻雜劑的AlxGa1-xN且0≤x≤1，以及該第二半導(dǎo)體層設(shè)置在第一半導(dǎo)體層上且包括非摻雜氮化鎵(GaN)；以及驅(qū)動單元，設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上。根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的中間層可以抑制由于壓電場效應(yīng)引起的電流漏泄。結(jié)果是，能夠可靠運行驅(qū)動單元。
文檔編號H01L33/00GK102969335SQ201210050158
公開日2013年3月13日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者李定植 申請人:Lg 伊諾特有限公司