半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層制造技術

本發明專利技術提供一種半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層。該半導體器件包括：硅襯底；氮化物成核層，設置在硅襯底上；至少一個超晶格層，設置在氮化物成核層上；以及至少一個鎵氮化物基半導體層，設置在超晶格層上，其中至少一個超晶格層通過重復地堆疊復合層而形成，每個復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，其中多個氮化物半導體層的至少之一根據堆疊位置而具有不同的厚度，至少一個應力控制層設置在多個氮化物半導體層之間或者設置在重復地堆疊的復合層之間，至少一個應力控制層具有超過假晶生長的臨界厚度的厚度。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供一種半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層。該半導體器件包括：硅襯底；氮化物成核層，設置在硅襯底上；至少一個超晶格層，設置在氮化物成核層上；以及至少一個鎵氮化物基半導體層，設置在超晶格層上，其中至少一個超晶格層通過重復地堆疊復合層而形成，每個復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，其中多個氮化物半導體層的至少之一根據堆疊位置而具有不同的厚度，至少一個應力控制層設置在多個氮化物半導體層之間或者設置在重復地堆疊的復合層之間，至少一個應力控制層具有超過假晶生長的臨界厚度的厚度。【專利說明】半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層
本公開涉及半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層，更具體地，涉及通過減少張應カ而減少斷裂產生的半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層。
技術介紹
藍寶石被廣泛用作用于形成氮化物基半導體器件的襯底。然而，藍寶石襯底價格高、太硬而不能制造芯片以及具有低導電率。此外，當藍寶石襯底外延生長成具有大直徑時，藍寶石襯底可能由于低導熱率而在高溫下彎曲，因而難以制造具有大面積的藍寶石襯底。因此，正在開發使用硅襯底而不是藍寶石襯底的鎵氮化物基半導體器件。因為硅襯底具有比藍寶石襯底高的導熱率，所以硅襯底即使在用于生長鎵氮化物基半導體薄膜的高溫下也不彎曲太多，因而可以生長具有大直徑的薄膜。然而，當鎵氮化物基半導體薄膜生長在硅襯底上時，由于硅襯底和鎵氮化物基半導體薄膜之間的不同晶格常數而使位錯密度増加，并且由于不同熱膨脹系數而在鎵氮化物基半導體薄膜中產生張應カ時，產生斷裂。為了減少斷裂的產生，已提出通過在鎵氮化物基半導體薄膜上施加壓應カ來補償由于不同熱膨脹系數而產生的張應カ的方法。
技術實現思路
提供半導體器件以及在該半導體器件中使用的超晶格層，其能夠提供更有效的壓應カ以補償由于硅襯底與鎵氮化物基半導體之間的熱膨脹系數差而產生的張應力。附加方面將在以下的描述中部分地闡述，并且部分將通過該描述變得明顯，或者可以通過對提出的實施方式的實踐而習知。根據本專利技術的一方面， 一種半導體器件包括:娃襯底；氮化物成核層，設置在娃襯底上；至少ー個超晶格層，設置在氮化物成核層上；以及至少ー個鎵氮化物基半導體層，設置在超晶格層上，其中至少ー個超晶格層通過重復地堆疊復合層而形成，每個復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，其中多個氮化物半導體層的至少之ー根據堆疊位置而具有不同的厚度，至少ー個應カ控制層設置在多個氮化物半導體層之間或設置在重復地堆疊的復合層之間，至少一個應カ控制層具有超過假晶生長的臨界厚度的厚度。氮化物成核層可以包括鋁氮化物(A1N)。每個復合層可以具有其中包括AlxlInylGa1^1N的第一層和包括Alx2Iny2Gany2N的第二層相互堆疊的結構，其中0〈xl ^ 1,0 ^ x2<l, xl>x2,0 ^ yl〈l以及0 < y2〈l。至少ー個應カ控制層可以包括AUIn^Gai^^N，其中0〈x3≤I以及0≤y3〈l。至少ー個應カ控制層可以具有超過3nm并且小于或等于20nm的厚度，以不超過斷裂強度。第一層和第二層的至少之一可以根據堆疊位置而具有不同的厚度，其中根據堆疊位置的厚度在從氮化物成核層到至少ー個鎵氮化物基半導體層的方向上増加或減小。第一層和第二層的至少之一可以根據堆疊位置而具有不同的厚度，其中根據堆疊位置的厚度可以隨機地改變。至少ー個應カ控制層可以形成在第一層和第二層之間。重復地堆疊的復合層可以包括接觸至少ー個應カ控制層的底部的第一復合層以及接觸至少ー個應カ層的頂部的第二復合層。第一復合層的第一層可以比第二復合層的第一層厚，并且第一復合層的第二層可以比第二復合層的第二層薄。至少ー個應カ控制層可以與第一層一體地形成。xl、x2和x3的至少ー個值可以在厚度方向上變化。多個超晶格層的每個的平均鋁(Al)組分可以在從氮化物成核層到至少ー個鎵氮化物基半導體層的方向上減小。根據本專利技術的另一方面，一種半導體器件包括:硅襯底；氮化物成核層，設置在硅襯底上；多個超晶格層，設置在氮化物成核層上；以及至少ー個鎵氮化物基半導體層，形成在多個超晶格層上，其中多個超晶格層的每個通過重復地堆疊復合層形成，每個復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，并且多個氮化物半導體層的至少之ー根據堆疊位置而具有不同的厚度，以及多個超晶格層的每個的平均Al組分在從氮化物成核層到至少一個鎵氮化物基半導體層的方向上減小。氮化物成核層可以包括A1N。每個復合層可以具有其中包括AlxlInylGa1^1N的第一層和包括Alx2Iny2Gany2N的第二層相互堆疊的結構，其 中0〈xl ^ 1,0 ^ x2<l, xl>x2,0 ^ yl〈l以及0 < y2〈l。第一層和第二層的至少之一可以根據堆疊位置而具有不同的厚度，其中根據堆疊位置的厚度可以在從氮化物成核層到至少ー個鎵氮化物基半導體層的方向上増加或減小。第一層和第二層的至少之一可以根據堆疊位置而具有不同的厚度，其中根據堆疊位置的厚度可以隨機地改變。xl和x2的至少ー個值可以在厚度方向上變化。根據本專利技術的另一方面，一種超晶格層通過重復地堆疊復合層形成，每個復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，其中多個氮化物半導體層的至少之ー根據堆疊位置而具有不同的厚度，并且至少ー個應カ控制層設置在多個氮化物半導體層之間或者設置在重復地堆疊的復合層之間，至少一個應カ控制層具有超過假晶生長的臨界厚度的厚度。【專利附圖】【附圖說明】通過結合附圖對實施方式的以下描述，這些和/或其它方面將變得明顯并且更易于理解，在附圖中:圖1是示意性地示出根據本專利技術的ー實施方式的半導體器件的視圖；圖2A和圖2B是根據本專利技術的實施方式的圖1的超晶格層的放大圖；圖3是根據本專利技術的另ー實施方式的圖1的超晶格層的放大圖；圖4A和圖4B是根據本專利技術的其它實施方式的圖1的超晶格層的放大圖；圖5是根據本專利技術的另ー實施方式的圖1的超晶格層的放大圖；圖6A和圖6B是根據本專利技術的實施方式的用于描述隨著圖1的超晶格層的厚度的組分變化的視圖；圖7是示意性地示出根據本專利技術的ー實施方式的多個超晶格層的視圖；圖8A至圖SC是分別示出根據本專利技術的ー實施方式的圖7的多個超晶格層的放大圖；圖9A至圖9C是分別示出根據本專利技術的另ー實施方式的圖7的多個超晶格層的放大圖；以及圖10是示出根據本專利技術的另ー實施方式的應用于發光器件的半導體器件的視圖。【具體實施方式】在下文中，將參考附圖更全面地描述半導體器件。在圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且為了清楚，可以夸大元件的大小和厚度。然而，本專利技術可以具體實施為多種不同形式，并且不應被解釋為限于在此闡述的實施方式；而且，這些實施方式被提供而使得本公開將是全面和完整的，并將本專利技術的構思全面地傳達給本領域的技術人員。還將理解，當一層被稱為在另一層或襯底“上方”或“上”吋，它可以直接在另ー層或襯底上，或者也可以存在中間層。當諸如“至少之一”的表述出現在一列元件之前時，其修飾整列元件而不是修飾該列元件中的個別元件。圖1是示意性地示出根據本專利技術的ー實施方式的半導體器件100的視圖。圖1所示的半導體器件100可以包括硅襯底110、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體器件，包括：硅襯底；氮化物成核層，設置在所述硅襯底上；至少一個超晶格層，設置在所述氮化物成核層上；以及至少一個鎵氮化物基半導體層，設置在所述超晶格層上，其中所述至少一個超晶格層通過重復地堆疊復合層而形成，每個所述復合層包括具有不同組分的多個氮化物半導體層，其中所述多個氮化物半導體層的至少之一根據堆疊位置而具有不同的厚度，至少一個應力控制層設置在所述多個氮化物半導體層之間或者設置在重復地堆疊的所述復合層之間，所述至少一個應力控制層具有超過假晶生長的臨界厚度的厚度。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：金在均，金峻淵，卓泳助，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：