半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括：制備硅襯底；在硅襯底上形成緩沖層；以及在緩沖層上形成氮化物半導(dǎo)體層。緩沖層包括第一層、第二層和第三層。第一層包括AlxInyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1），并且其晶格常數(shù)（LP1）小于硅襯底的晶格常數(shù)（LP0）。第二層被形成在第一層上，其包括AlxInyGa1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且其晶格常數(shù)（LP2）大于第一層的晶格常數(shù)（LP1）并小于硅襯底的晶格常數(shù)（LP0）。第三層被形成在第二層上，其包括AlxInyGa1-x-yN（0≤x＜1，0≤y＜1，0≤x+y＜1），并且其晶格常數(shù)（LP3）小于第二層的晶格常數(shù)（LP2）。
【專利說明】半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年8月9日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請N0.10-2012-0087350以及2013年7月25日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請N0.10-2013-0084249的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容被全文合并在此以作參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明構(gòu)思涉及半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)、包括半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件以及利用半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)制造半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]許多基于氮化物的半導(dǎo)體器件使用藍(lán)寶石襯底。但是藍(lán)寶石襯底較為昂貴，且太硬以至于難以制造芯片，并且電導(dǎo)率較低。此外，由于其在例如外延生長期間的高溫下的翹曲以及由于其低熱導(dǎo)率，致使可能不容易制造大尺寸的藍(lán)寶石襯底。為了防止前述問題，開發(fā)了利用硅(Si)襯底來代替藍(lán)寶石襯底的基于氮化物的半導(dǎo)體器件。由于Si襯底的熱導(dǎo)率高于藍(lán)寶石襯底，因此Si襯底在用于生長氮化物薄膜的高溫下不會有很大的翹曲，從而使得有可能在Si襯底上生長較大的薄膜。
[0005]但是當(dāng)在Si襯底上生長氮化物薄膜時，由于Si襯底與氮化物薄膜之間的晶格常數(shù)失配可能會導(dǎo)致位錯密度增大，并且由于Si襯底與氮化物薄膜之間的熱膨脹系數(shù)失配所生成的拉應(yīng)力可能會導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。因而研究了許多類型的緩沖結(jié)構(gòu)，以便在Si襯底上生長具有高結(jié)晶度并且沒有裂縫的氮化物薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明構(gòu)思提供一種用于減少基于氮化物的半導(dǎo)體薄膜中的裂縫的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)，一種包括半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，以及一種利用半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)制造半導(dǎo)體器件的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟:制備硅襯底；在硅襯底上形成緩沖層；在緩沖層上形成氮化物半導(dǎo)體層，其中緩沖層包括:第一層，其包括AlxInyGai_x_yN(0≤X≤1，0≤y≤1,0 ≤ x+y ≤ I)，并且第一層的晶格常數(shù)LPl小于硅襯底的晶格常數(shù)LPO ;形成在第一層上的第二層，其包括AlxInyGa1^N (O ^ x < I,O ^ y < 1,0 ^ x+y < 1)，并且第二層的晶格常數(shù)LP2大于LPl并小于LPO ;以及形成在第二層上的第三層，其包括AlxInyGanyN (O ^ x < I, O ^ y < I, O ^ x+y < I)，并且第三層的晶格常數(shù)LP3小于LP2。
[0008]第三層的晶格常數(shù)LP3可以等于或大于LP1。
[0009]第三層的晶格常數(shù)LP3可以大于LP1。
[0010]第三層的厚度可以被形成為使得發(fā)生晶格弛豫。
[0011]第二層可以具有沿著厚度方向增大的晶格常數(shù)分布，并且第三層的晶格常數(shù)可以小于第二層的晶格常數(shù)平均值。
[0012]第二層的晶格常數(shù)分布可以連續(xù)增大。
[0013]緩沖層還可以包括形成在第三層上的第四層，其包括AlxInyGai_x_yN (O ≤ x < I,O≤y< 1，0≤x+y < 1)，并且第四層的晶格常數(shù)分布沿著厚度方向增大。第四層可以具有與第二層相同的晶格常數(shù)。
[0014]緩沖層還可以包括形成在第三層上的第四層，其包括AlxInyGai_x_yN (O ≤ x < I,O≤y < 1，0≤x+y < 1)，并且第四層的晶格常數(shù)LP4大于LP2。
[0015]緩沖層還可以包括在第三層上由包括AlJnyGah—yNCO ≤x<l,0≤y<l,0≤ x+y
<O的材料形成的多層，其中所述多層當(dāng)中的每一層的晶格常數(shù)都可以大于LP3，并且所述多層可以按照晶格常數(shù)的升序進(jìn)行層疊。
[0016]硅襯底可以摻雜有摻雜劑，并且摻雜劑可以包括B、Al、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg和Ga中的至少一種。
[0017]可以將摻雜劑的摻雜濃度確定為使得硅襯底具有大約I Ω cm或更小的電阻率。
[0018]硅襯底可以包括:主體部分；圍繞主體部分的邊緣部分；以及以隨機(jī)結(jié)晶表面方向形成在邊緣部分上的裂縫防止部分。
[0019]裂縫防止部分可以包括形成在邊緣部分的頂表面上的不均勻部分。
[0020]裂縫防止部分可以包括形成在邊緣部分的頂表面上的電介質(zhì)膜。
[0021]裂縫防止部分可以通過在邊緣部分的頂表面上執(zhí)行離子注入來形成。
[0022]緩沖層可以對氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
[0023]所述方法還可以包括步驟:在氮化物半導(dǎo)體層上形成器件層。
[0024]器件層可以包括發(fā)光二級管(LED)結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)、高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)或者肖特基二極管結(jié)構(gòu)。
[0025]所述方法還可以包括步驟:在緩沖層與氮化物半導(dǎo)體層之間形成界面控制層，其中根據(jù)一定生長條件來生長界面控制層，所述生長條件用于控制與緩沖層的粗糙度有關(guān)的粗糙度增大率。
[0026]界面控制層可以具有大約2nm到大約1000nm的厚度，并且界面控制層的粗糙度與緩沖層的粗糙度的比率可以是大約3或更小。
[0027]界面控制層可以包括AlxInyGa1IyN (O 小于第二層的晶格常數(shù)平均值。
[0012]第二層的晶格常數(shù)分布可以連續(xù)增大。
[0013]緩沖層還可以包括形成在第三層上的第四層，其包括AlxInyGai_x_yN (O ≤ x < I,O≤y< 1，0≤x+y < 1)，并且第四層的晶格常數(shù)分布沿著厚度方向增大。第四層可以具有與第二層相同的晶格常數(shù)。
[0014]緩沖層還可以包括形成在第三層上的第四層，其包括AlxInyGai_x_yN (O ≤ x < I,O≤y < 1，0≤x+y < 1)，并且第四層的晶格常數(shù)LP4大于LP2。
[0015]緩沖層還可以包括在第三層上由包括AlJnyGah—yNCO ≤x<l,0≤y<l,0≤ x+y
<O的材料形成的多層，其中所述多層當(dāng)中的每一層的晶格常數(shù)都可以大于LP3，并且所述多層可以按照晶格常數(shù)的升序進(jìn)行層疊。
[0016]硅襯底可以摻雜有摻雜劑，并且摻雜劑可以包括B、Al、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg和Ga中的至少一種。
[0017]可以將摻雜劑的摻雜濃度確定為使得硅襯底具有大約I Ω cm或更小的電阻率。
[0018]硅襯底可以包括:主體部分；圍繞主體部分的邊緣部分；以及以隨機(jī)結(jié)晶表面方向形成在邊緣部分上的裂縫防止部分。
[0019]裂縫防止部分可以包括形成在邊緣部分的頂表面上的不均勻部分。
[0020]裂縫防止部分可以包括形成在邊緣部分的頂表面上的電介質(zhì)膜。
[0021]裂縫防止部分可以通過在邊緣部分的頂表面上執(zhí)行離子注入來形成。
[0022]緩沖層可以對氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
[0023]所述方法還可以包括步驟:在氮化物半導(dǎo)體層上形成器件層。
[0024]器件層可以包括發(fā)光二級管(LED)結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)、高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)或者肖特基二極管結(jié)構(gòu)。
[0025]所述方法還可以包括步驟:在緩沖層與氮化物半導(dǎo)體層之間形成界面控制層，其中根據(jù)一定生長條件來生長界面控制層，所述生長條件用于控制與緩沖層的粗糙度有關(guān)的粗糙度增大率。
[0026]界面控制層可以具有大約2nm到大約1000nm的厚度，并且界面控制層的粗糙度與緩沖層的粗糙度的比率可以是大約3或更小。
[0027]界面控制層可以包括AlxInyGa1IyN (O ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ I, x+y < I)。
[0028]所述方法還可以包括步驟:形成多個氮化物半導(dǎo)體層；在所述多個氮化物半導(dǎo)體層之間形成至少一個掩模層；以及形成至少一個間隔層，其補(bǔ)償所述至少一個掩模層上的多個氮化物半導(dǎo)體層之間的拉應(yīng)力。
[0029]所述至少一個掩模層可以包括氮化硅或氮化鈦。
[0030]所述至少一個掩模層可以包括從由以下各項構(gòu)成的組當(dāng)中選擇的任一項:Alx0Iny0Ga1≤y0NCO ( xO, y0 ( I, x0+y0 ( I )、步級 AlxInyGah_yN(0 ≤ x, y ≤ I, x+y Si)、以及 AlxlInylGahhy1NZAlx2Iny2Gah2_y2N (0 ( xl, x2, yl, y2 ≤ I, xl ≤ x2 或者 yl Φ y2)超晶格；并且所述至少一個掩模層可以對其上的氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
[0031 ] 氮化物半導(dǎo)體層可以包括第一類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二類型半導(dǎo)體層。
[0032]所述方法還可以包括步驟:去除硅襯底。
[0033]可以連同去除硅襯底一起去除緩沖層的至少一部分。 x ≤ 1,0 ≤ y ≤ I, x+y < I)。
[0028]所述方法還可以包括步驟:形成多個氮化物半導(dǎo)體層；在所述多個氮化物半導(dǎo)體層之間形成至少一個掩模層；以及形成至少一個間隔層，其補(bǔ)償所述至少一個掩模層上的多個氮化物半導(dǎo)體層之間的拉應(yīng)力。
[0029]所述至少一個掩模層可以包括氮化硅或氮化鈦。
[0030]所述至少一個掩模層可以包括從由以下各項構(gòu)成的組當(dāng)中選擇的任一項:Alx0Iny0Ga1≤y0NCO ( xO, y0 ( I, x0+y0 ( I )、步級 AlxInyGah_yN(0 ≤ x, y ≤ I, x+y Si)、以及 AlxlInylGahhy1NZAlx2Iny2Gah2_y2N (0 ( xl, x2, yl, y2 ≤ I, xl ≤ x2 或者 yl Φ y2)超晶格；并且所述至少一個掩模層可以對其上的氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
[0031 ] 氮化物半導(dǎo)體層可以包括第一類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二類型半導(dǎo)體層。
[0032]所述方法還可以包括步驟:去除硅襯底。
[0033]可以連同去除硅襯底一起去除緩沖層的至少一部分。[0034]所述方法還可以包括步驟:在去除硅襯底之前，把支持襯底附著到第二類型半導(dǎo)體層上。
[0035]支持襯底可以是硅襯底，在其全部兩個表面上分別形成接合金屬層和背金屬層。
[0036]所述方法還可以包括步驟:在去除硅襯底之前形成電極結(jié)構(gòu)，所述電極結(jié)構(gòu)包括接觸第一類型半導(dǎo)體層的第一電極和接觸第二類型半導(dǎo)體層的第二電極，以便把電流注入到有源層中。
[0037]所述方法還可以包括步驟:把電連接到第一電極和第二電極中的至少一個的支持襯底附著到第二類型半導(dǎo)體層上。
[0038]支持襯底可以是硅襯底。
[0039]所述方法還可以包括步驟:在第二類型半導(dǎo)體層上形成波長轉(zhuǎn)換層，其轉(zhuǎn)換由有源層生成并且從有源層發(fā)出的光的波長。
[0040]可以在支持襯底的一個表面上形成金屬層，該金屬層被圖案化成分別用于暴露出第一電極和第二電極的兩個部分。
[0041]所述方法還可以包括步驟:形成圍繞第二類型半導(dǎo)體層的上方部分和側(cè)面部分的鈍化層。
[0042]鈍化層可以被形成為調(diào)節(jié)由有源層生成并且從有源層發(fā)出的光的視角。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]通過后面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述將會更加清楚地理解本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，其中:
[0044]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0045]圖2A到2D是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可以被采用作為包括在圖1的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的單獨各層的示例性結(jié)構(gòu)；
[0046]圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0047]圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0048]圖5是包括在圖1、圖3或圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖；
[0049]圖6是包括在圖1、圖3或圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層的厚度和晶格常數(shù)的各種組合的曲線圖；
[0050]圖7是包括在圖1、圖3或圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層的厚度和晶格常數(shù)的各種組合的另一曲線圖；
[0051]圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0052]圖9是包括在圖8的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖；
[0053]圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0054]圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0055]圖12到圖14是包括在圖10或圖11的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層的厚度和晶格常數(shù)的各種組合的曲線圖；
[0056]圖15是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；[0057]圖16A和圖16B是包括在圖15的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖；
[0058]圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；
[0059]圖18A和圖18B是包括在圖17的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖；
[0060]圖19到圖24是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可以用在半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)中的硅襯底的實例的剖面圖；
[0061]圖25是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的半導(dǎo)體器件的示意性剖面圖；
[0062]圖26是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的示意性剖面圖；
[0063]圖27是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的示意性剖面圖；
[0064]圖28是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的示意性剖面圖；
[0065]圖29到圖32是示出了作為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件的實例的剖面圖；
[0066]圖33A到圖33J是示出了圖31的半導(dǎo)體器件的制造方法的視圖；
[0067]圖34A到圖34E是示出了圖32的半導(dǎo)體器件的制造方法的視圖；
[0068]圖35是示出了作為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的發(fā)出白光的發(fā)光器件的一個實例的剖面圖；
[0069]圖36是示出了作為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件封裝件的一個實例的剖面圖；以及
[0070]圖37是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的利用發(fā)光器件封裝件的照明器件的一個實例的分解透視圖。
【具體實施方式】
[0071]在后文中將參照附圖關(guān)于本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例描述半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)和包括半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。在附圖中，各圖中的相同附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的元件，并且為了清楚起見夸大了各層和各個區(qū)域的厚度。本發(fā)明構(gòu)思的實施例僅僅是實例，并且可以通過許多不同形式來具體實現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思。在后文中還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)提到一層處于另一層或襯底“上”時，該一層可以直接處于另一層或襯底上，或者還可以存在中間層。
[0072]這里所使用的術(shù)語“和/或”包括所列出的相關(guān)聯(lián)的項目當(dāng)中的一項或多項的任何和所有組合。用在元件列表之前的例如“至少其中之一”之類的表達(dá)法修飾整個元件列表，而不修飾該列表當(dāng)中的各個單獨的元件。
[0073]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100的示意性剖面圖。
[0074]半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100包括硅襯底S和形成在硅襯底S上的緩沖層120。
[0075]硅襯底S可以是具有Si (111)結(jié)晶表面的襯底。
[0076]緩沖層120可以被用作生長具有很少裂縫或缺陷的優(yōu)秀氮化物半導(dǎo)體的應(yīng)力補(bǔ)償層，其可以通過交替布置具有不同晶格常數(shù)分布的多層而形成，并且可以被配置成作為一個整體來對將要形成在緩沖層120上的目標(biāo)層施加壓應(yīng)力。為此，緩沖層120可以包括由 AlxInyGa1IyN (O ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1,0 ≤ x+y ( I)形成的多層，對 AlxInyGa1IyN(O≤x≤ l,0≤y≤ l,0≤x+y≤ I)的成分比例進(jìn)行確定從而使得各層可以分別獲得所需的晶格常數(shù)。
[0077]在后文中，術(shù)語“晶格常數(shù)”指代一個常數(shù)或一定晶格常數(shù)分布。此外，當(dāng)對于包括多層的元件或者具有一定晶格常數(shù)分布而不是一個晶格常數(shù)的元件使用術(shù)語“晶格常數(shù)”時，術(shù)語“晶格常數(shù)”指代該元件中的晶格常數(shù)平均值。此外，晶格常數(shù)被用來比較由各層提供的總體晶格常數(shù)方面的差異，而不是指由于例如AlN 3.11 A/GaN3.191 A的層疊結(jié)構(gòu)中的晶格弛豫導(dǎo)致的實際晶格常數(shù)。
[0078]根據(jù)本實施例,緩沖層120包括第一層121、第二層122和第三層123。第一層121包括AlxInyGa1^yN (O≤X≤1,0 ≤y ≤1,0≤x+y ≤1)，并且第一層121的晶格常數(shù)LPl小于硅襯底S的晶格常數(shù)LP0。第二層122被形成在第一層121上，其包括AlxInyGa^yN(O≤X < 1，0≤y < 1，0≤x+y < 1)，并且第二層122的晶格常數(shù)LP2大于LPl并小于LPO0第三層123被形成在第二層122上，其包括AlxInyGai_x_yN (O ^ x < I,O ^ y < I,O ≤x+y < 1)，并且第三層123的晶格常數(shù)LP3小于LP2。LP3可以大于LP1。[0079]第一層121的晶格常數(shù)小于硅襯底S的晶格常數(shù)，因此會受到拉應(yīng)力。第二層122的晶格常數(shù)大于第一層121的晶格常數(shù)，因此會由于第一層121而受到壓應(yīng)力。第三層123的晶格常數(shù)小于第二層122的晶格常數(shù)，因此會由于第二層122而受到拉應(yīng)力。除了與較低層的晶格常數(shù)差異之外，施加到各層的應(yīng)力的類型和強(qiáng)度還可能根據(jù)層厚度與晶格弛豫之間的關(guān)系而不同。舉例來說，第二層122受到由于在硅襯底上具有晶格弛豫的第一層121而導(dǎo)致的壓應(yīng)力，由于第二層122非常薄，因此不會發(fā)生晶格弛豫。當(dāng)?shù)诙?22隨著第一層121的晶格一體地生長時，也就是說當(dāng)?shù)诙?22的晶格的晶格尺寸幾乎與第一層121的晶格尺寸近似地生長時，第三層123受到的應(yīng)力的類型和強(qiáng)度取決于第一層121的晶格尺寸。根據(jù)這一關(guān)系，例如當(dāng)?shù)谝粚?21或第三層123是由于襯底和第二層122而受到拉應(yīng)力的層時，如果拉應(yīng)力過大，則可能會出現(xiàn)裂縫。因此，第一層121或第三層123的厚度可以被配置成等于或小于會在第一層121或第三層123的生長或冷卻期間出現(xiàn)裂縫的臨界厚度。[0080]此外，第一層121可以被配置成與硅襯底S直接接觸，并且可以由AlN形成。[0081]第一層121可能由于硅襯底S而受到拉應(yīng)力，并且可能具有晶格弛豫。[0082]可以對包括在緩沖層120中的各層的厚度和晶格常數(shù)進(jìn)行確定，從而使得包括在緩沖層120中的各層的應(yīng)力的總和可以是壓應(yīng)力，也就是說使得可以對形成在緩沖層120上的目標(biāo)層施加壓應(yīng)力。[0083]圖2A到2D是根據(jù)本發(fā)明的實施例的可以被采用作為包括在圖1的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100的緩沖層120中的單獨各層的示例性結(jié)構(gòu)。[0084]圖2A和圖2B示出了在包括在緩沖層120中的多層當(dāng)中的至少一層內(nèi)使用的超晶格結(jié)構(gòu)層SLS和SLS’的實例。[0085]圖2A的超晶格結(jié)構(gòu)層SLS是用于獲得相應(yīng)的晶格常數(shù)的結(jié)構(gòu)，也就是滿足包括在緩沖層120中的多層當(dāng)中的至少一層的晶格常數(shù)條件并且通過交替層疊具有不同晶格常數(shù)的兩層I和2而獲得的結(jié)構(gòu)。具有不同晶格常數(shù)的兩層I和2可以具有相同的厚度。兩層1和2可以包括Α1χΙn#&1_ΧιΝ(0≤χ≤1，O≤y≤1，O≤x+y ≤1)，并且兩層I和2中的“X”和“y”可以根據(jù)所需晶格常數(shù)來決定。[0086]圖2B的超晶格結(jié)構(gòu)層SLS’是用于獲得相應(yīng)的晶格常數(shù)的結(jié)構(gòu)，也就是滿足包括在緩沖層120中的多層當(dāng)中的至少一層的晶格常數(shù)條件并且通過交替層疊具有不同晶格常數(shù)的兩層3和4而獲得的結(jié)構(gòu)。具有不同晶格常數(shù)的兩層3和4可以具有不同的厚度。兩層3和4可以包括AlxInyGanyN (O≤X≤1,0 ≤y ≤ 1,0≤ x+y ≤ 1)，并且兩層3和4中的“X”和“y”可以根據(jù)所需晶格常數(shù)來決定。
[0087]圖2C和圖2D示出了通過單層SL獲得所需晶格常數(shù)的情況，也就是說通過單層SL獲得對應(yīng)于包括在緩沖層120中的多層當(dāng)中的任一層的晶格常數(shù)條件。在這種情況下，所謂單層指的是其中不存在物理邊界的單層，但是并不意味著其中的材料成分是恒定的。
[0088]圖2C的單層SL的晶格常數(shù)在單層SL的厚度方向上沒有變化。圖2D的單層SL’的晶格常數(shù)在單層SL’的厚度方向上有變化。
[0089]圖1的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100的緩沖層120具有僅僅作為一個實例的三層結(jié)構(gòu)。舉例來說，所述結(jié)構(gòu)可以被修改成其中進(jìn)一步交替層疊滿足前面的晶格常數(shù)關(guān)系的各層的結(jié)構(gòu)。
[0090]圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)101的示意性剖面圖。
[0091]圖3的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)101的緩沖層130包括分別與圖1的第一層121、第二層122和第三層123基本上相同的第一層131、第二層132和第三層133，并且還包括形成在第三層 133 上的第四層 134，該第四層 134 包括 AlxInyGai_x_yN(0 ≤ x ≤ I, O≤ y≤ I, O ≤ x+y
<1)，并且第四層的晶格常數(shù)LP4大于晶格常數(shù)LP2。
[0092]圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)102的示意性剖面圖。
[0093]圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)102的緩沖層140包括分別與圖1的第一層121、第二層122和第三層123基本上相同的第一層141、第二層142和第三層143，并且還包括形成在第三層143上的第四層144以及形成在第四層144上的第五層145，其中第四層144包括AlxInyGa1^yNCO ≤ x < I, O ≤ y < I, O ≤x+y < I)，并且第四層的晶格常數(shù)LP4大于晶格常數(shù)LP2，第五層145包括AlxInyGanyN (O≤x < 1，O≤y < 1，O≤x+y < 1)，并且第五層的晶格常數(shù)LP5大于晶格常數(shù)LP3，而晶格常數(shù)LP3又小于晶格常數(shù)LP4。
[0094]圖5是包括在圖1、圖3或圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100、101或102的緩沖層120、130或140中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[0095]緩沖層120、130或140可以包括滿足圖5中所示的晶格常數(shù)關(guān)系的多層，并且可以包括五層或更少層或者五層或更多層。緩沖層120、130或140的最上方層的晶格常數(shù)可以小于所期望的目標(biāo)層(例如，氮化物半導(dǎo)體層)的晶格常數(shù)。
[0096]緩沖層120、130或140當(dāng)中的每一層可以具有如圖2A到圖2D中所示出的結(jié)構(gòu)。
[0097]圖6和圖7是包括在圖1、圖3或圖4的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)100、101或102的緩沖層120、130或140中的各層的厚度和晶格常數(shù)的各種組合的曲線圖。
[0098]參照圖6，第二層和第四層可以具有相同的厚度，第三層和第五層可以具有相同的厚度，第三層的厚度可以大于第二層的厚度。在這一厚度分布下，拉應(yīng)力沒有被施加到第三層和第五層，第三層和第五層的晶格常數(shù)小于其下方層的晶格常數(shù)。具有較大晶格常數(shù)的該下方層的厚度可以較小，也就是說第二層或第四層的厚度可以較小，從而使得沒有拉應(yīng)力被施加到具有較小晶格常數(shù)的上方層，即第三層或第五層。在這種情況下，因為具有較小晶格常數(shù)的上方層不大可能由于拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫，因此上方層的厚度可以大于下方層。
[0099]參照圖7，第二層和第四層可以具有相同的厚度，第三層和第五層可以具有相同的厚度，第三層的厚度可以小于第二層的厚度。在這一厚度分布下，具有較大晶格常數(shù)的下方層的厚度可以使得拉應(yīng)力被施加到具有較小晶格常數(shù)的上方層。受到拉應(yīng)力的第三層和第五層可以分別具有較小的厚度，以避免在制造工藝中的第三層和第五層的生長或冷卻期間出現(xiàn)裂縫。
[0100]圖6和圖7的實例表明，除了由其成分決定的晶格常數(shù)的差異之外，被施加到每一層的應(yīng)力的類型和強(qiáng)度還可以根據(jù)厚度和晶格弛豫而不同。
[0101]圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)103的示意性剖面圖。圖9是包括在圖8的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)103的緩沖層150中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖。 [0102]半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)103的緩沖層150包括分別與圖1的第一層121、第二層122和第三層123基本上相同的第一層151、第二層152和第三層153，并且還包括形成在第三層153上的第四層154和第五層155,第四層154和第五層155包括AlxInyGa1TyN (O ^ x < I,O ^ y < 1,0 ^ x+y < I )，并且第四層154和第五層155的晶格常數(shù)LP4和LP5均大于晶格常數(shù)LP3。
[0103]根據(jù)本實施例，如圖9中所示，通過修改如圖5中所示的晶格常數(shù)關(guān)系而獲得該晶格常數(shù)關(guān)系。半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)103是包括多層的結(jié)構(gòu)，其被配置成使得晶格常數(shù)在第三層153之后連續(xù)增大。緩沖層150的最上方層的晶格常數(shù)可以小于目標(biāo)層的晶格常數(shù)。緩沖層150的每一層可以具有如圖2A到圖2D中所示的結(jié)構(gòu)。
[0104]圖10是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)200的示意性剖面圖。
[0105]參照圖10，半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)200包括硅襯底S和緩沖層220，緩沖層220包括順序地形成在硅襯底S上的第一層221、第二層222和第三層223。第一層221包括AlxInyGa^yN(O≤X≤1，0≤y≤1，0≤x+y
≤1)，并且第一層221的晶格常數(shù)LPl小于硅襯底S的晶格常數(shù)LP0。第二層222被形成在第一層221上，其包括AlxInyGai_x_yN(0≤X≤1，0≤y≤1，O ^ x+y ^ I)，并且第二層222具有在厚度方向上增大的晶格常數(shù)分布。第三層223被形成在第二層222上，其包括AlxInyGanyN (O≤x≤1，O≤y≤1，O≤x+y ( 1)，并且第三層223的晶格常數(shù)小于第二層222的晶格常數(shù)平均值。
[0106]圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)201的示意性剖面圖。
[0107]圖11的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)201的緩沖層230包括分別與圖10的第一層221、第二層222和第三層223基本上相同的第一層231、第二層232和第三層233，并且還包括形成在第三層233上的第四層234，該第四層234包括AlxInyGa^yN (O≤x≤1，0≤y≤1，O < x+y < 1)，并且具有在厚度方向上增大的晶格常數(shù)分布。此外，緩沖層230還可以包括形成在第四層234上的第五層235，其包括AlxInyGanyN (O ^ x < I, O ^ y < I, O ^ x+y
<1)，并且第五層235的晶格常數(shù)小于第四層234的晶格常數(shù)平均值。
[0108]在圖11中，第四層234和第五層235在第三層233上被層疊一次。但是第四層234和第五層235可以被一次或更多次交替層疊在第三層233上。
[0109]第四層234的晶格常數(shù)平均值可以等于或大于第二層232的晶格常數(shù)平均值。此外，第五層235的晶格常數(shù)可以等于或大于第三層233的晶格常數(shù)。
[0110]圖12到圖14是包括在圖10或圖11的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)200或201的緩沖層220或230中的各層的厚度和晶格常數(shù)的各種組合的曲線圖。[0111]參照圖12和圖13，第二層和第四層的晶格常數(shù)分布可以連續(xù)增大，并且可以如圖所示地線性增大。如圖12中所示，第二層和第四層的晶格常數(shù)分布中的晶格常數(shù)最小值可以與第一層的晶格常數(shù)相同?？商鎿Q地如圖13中所示，所述晶格常數(shù)分布中的晶格常數(shù)最小值可以大于第一層的晶格常數(shù)。
[0112]圖12和圖13示出了其中第三層的晶格常數(shù)與第一層的晶格常數(shù)相同的情況。但是這僅僅是一個實例。也就是說，第三層的晶格常數(shù)可以大于第一層的晶格常數(shù)。此外，圖12和圖13還示出了其中第五層的晶格常數(shù)與第三層的晶格常數(shù)相同的情況。但是這僅僅是一個實例。也就是說，第五層的晶格常數(shù)可以大于第三層的晶格常數(shù)。
[0113]參照圖14，第二層和第四層的晶格常數(shù)分布可以按照階梯形式增大。如圖14中所示，第三層的晶格常數(shù)可以與第一層的晶格常數(shù)相同。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，第三層的晶格常數(shù)可以大于第一層的晶格常數(shù)。
[0114]在圖12到圖14中，由于第三層的厚度小于第二層的厚度并且第二層的晶格常數(shù)平均值大于第三層的晶格常數(shù)，因此第三層是受到拉應(yīng)力的一層。第三層的厚度可以等于或小于臨界厚度，以避免在半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)200或201的制造期間由于拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。
[0115]圖12到圖14示出了通過使用具有不同晶格常數(shù)分布的各層的組合來對目標(biāo)層施加壓應(yīng)力的一個實例，可以通過多種方式從圖12和圖14中所示的結(jié)構(gòu)做出改變。舉例來說，圖12到圖14示出了第二層和第四層具有相同的晶格常數(shù)分布形狀的情況。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，第二層和第四層可以具有以不同的傾斜度線性增大的晶格常數(shù)分布。此外，第二層和第四層當(dāng)中的任一層具有線性增大的晶格常數(shù)，并且第二層和第四層當(dāng)中的另一層可以按照階梯形式增大。
[0116]圖15是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)300的示意性剖面圖。圖16A和圖16B是包括在圖15的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)300的緩沖層320中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[0117]半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)300包括硅襯底S以及形成在硅襯底S上的緩沖層320。緩沖層320 包括:第一層 321，其包括 AlxInyGa1TyN (O ^ x < I,O ^ y < I,O ^ x+y < 1)，并且第一層321的晶格常數(shù)LPl小于硅襯底S的晶格常數(shù)LPO ;形成在第一層321上的第二層322，其包括AlxInyGai_x_yN(0≤x < 1，O≤y < 1，O≤x+y < 1)，并且第二層322的晶格常數(shù)LP2大于LPl并小于LPO ；以及形成在第二層322上的第三層323，其包括AlxInyGa^yN(O ^ X < 1,0 ^ y < 1,0 ^ x+y < 1)，并且第三層323的晶格常數(shù)LP3等于或大于LPl并小于LP2。
[0118]第三層323的晶格常數(shù)LP3可以如圖16A中所示等于第一層321的晶格常數(shù)LP1，或者可以如圖16B中所示大于第一層321的晶格常數(shù)LP1。
[0119]第三層323的厚度使得晶格弛豫發(fā)生。也就是說，第三層323的厚度可以等于或大于臨界厚度，從而使得應(yīng)變弛豫發(fā)生到其自身晶格尺寸的級別，而不是下方層的晶格尺寸。臨界厚度可以根據(jù)下方層(也就是第二層322和第三層323)的成分而不同。舉例來說，當(dāng)?shù)诙?22的成分是具有30%的Al組分的AlGaN并且第三層323是AlN時，第三層323的應(yīng)變弛豫開始在大約IOnm的厚度處發(fā)生。由于第三層323的晶格常數(shù)LP3小于第二層322的晶格常數(shù)LP2，因此第三層323會由于第二層322而受到拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力過大時，可能會出現(xiàn)裂縫。因此，第三層323的厚度可以被配置成等于或小于一個會在第三層323的生長或冷卻期間出現(xiàn)裂縫的臨界厚度。
[0120]緩沖層320還可以包括形成在第三層323上的第四層324，其包括AlxInyGa^yN(O ^ X < 1,0 ^ y < 1,0 ^ x+y < 1)，并且第四層324的晶格常數(shù)LP4大于LP3。第四層的晶格常數(shù)LP4可以小于LP2，正如圖16A和圖16B中所示出的那樣。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，第四層324的晶格常數(shù)LP4可以等于或大于LP2。
[0121]圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)301的示意性剖面圖。圖18A和圖18B是包括在圖17的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)301的緩沖層330中的各層之間的晶格常數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[0122]半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)301包括硅襯底S以及形成在硅襯底S上的緩沖層330。緩沖層330包括與圖15的第一層321、第二層322和第三層323分別基本上相同的第一層331、第二層332和第三層333，并且還包括在第三層333上由包括Α1χΙη#&1_ΧιΝ(0 ^ χ < 1,0 ^ y
<1,0 ( x+y < I)的材料形成的多層。所述多層具有大于LP3的晶格常數(shù)，并且被按照晶格常數(shù)的升序進(jìn)行設(shè)置。所述多層可以是作為第四層334和第五層335的兩層，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。第三層333的晶格常數(shù)LP3可以如圖18A中所示等于第一層331的晶格常數(shù)LP1，或者可以如圖18B中所示大于第一層331的晶格常數(shù)LP1。第四層334和第五層335的晶格常數(shù)被顯示為小于晶格常數(shù)LP2。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，第四層334和第五層335的晶格常數(shù)可以等于或大于LP2。
[0123]前面描述的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)可以通過交替層疊受到壓應(yīng)力的一層和受到拉應(yīng)力的一層來形成，以便作為一個整體形成壓應(yīng)力，從而補(bǔ)償形成在前面描述的緩沖結(jié)構(gòu)上的目標(biāo)層中的應(yīng)力。
[0124]當(dāng)在前面描述的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)上生長氮化物半導(dǎo)體薄膜時，由于防止了在氮化物半導(dǎo)體薄膜中出現(xiàn)裂縫，因此可以通過使用硅襯底制造具有較大面積的半導(dǎo)體器件。
[0125]在前面的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)中使用的硅襯底S可以摻雜有摻雜劑。舉例來說，硅襯底S可以摻雜有預(yù)定摻雜濃度的摻雜劑，并且摻雜劑可以包括硼(B)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)和鎵(Ga)的至少其中之一。在確定摻雜濃度時可以使得硅襯底S具有大約I Ω cm或更小的電阻率。
[0126]可以通過制備通用硅襯底(即未摻雜有摻雜劑的硅襯底，或者在低摻雜濃度下?lián)诫s了摻雜劑的硅襯底)并且隨后通過離子注入用摻雜劑對硅襯底進(jìn)行摻雜來制備硅襯底S。
[0127]使用重度摻雜的硅襯底是為了在半導(dǎo)體器件制造處理期間減少襯底翹曲。一般來說，翹曲的量由在晶片級別下測量的弓表示。在這里，“晶片”總體上指代襯底和形成在襯底上的薄膜。由于襯底與形成在襯底上的薄膜的熱膨脹系數(shù)之間的差異而出現(xiàn)弓。當(dāng)在用于生長薄膜的高溫處理之后在正常溫度下冷卻晶片W時，會根據(jù)熱膨脹系數(shù)差異發(fā)生不同的收縮，從而晶片W發(fā)生翹曲。在這種情況下，晶片W突出最多的位置與晶片W在該晶片W的厚度方向上彎曲最多的位置之間的距離被稱作弓。在相同的條件下，弓可以與晶片W的直徑D的平方成比例增大。因此，弓會隨著所使用的襯底尺寸增大而增大。
[0128]當(dāng)使用通用硅襯底時，在生長氮化物半導(dǎo)體膜之后觀察到幾十微米到幾百微米的凸弓，其被分析為由硅襯底的塑性形變所導(dǎo)致。一般來說，由于硅襯底的熱膨脹系數(shù)小于形成在硅襯底上的半導(dǎo)體膜的熱膨脹系數(shù)，因此在正常溫度下冷卻時，氮化物半導(dǎo)體膜的收縮多于硅襯底，從而會出現(xiàn)凹弓。一般來說，施加吉帕斯卡(GPa)級別的壓應(yīng)力以便補(bǔ)償在高溫生長處理中在半導(dǎo)體膜處產(chǎn)生的拉應(yīng)力。這一高溫和壓應(yīng)力導(dǎo)致硅襯底的塑性形變。也就是說，在正常溫度下易碎的硅襯底在高溫下變得具有韌性，并且在這一條件下，施加到硅襯底的過大應(yīng)力導(dǎo)致硅襯底的塑性形變。在這種情況下，即使在去除了高溫和應(yīng)力的條件之后，硅襯底也不會回到初始狀態(tài)，從而可能出現(xiàn)弓。
[0129]但是當(dāng)使用以適當(dāng)摻雜濃度摻雜的硅時，對于直徑為2”的碟形，例如可以把弓減小到大約100 μ m或更小。
[0130]可以在提供裂縫防止部分的情況下使用在前面的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)中所使用的硅襯底S，其中將裂縫防止部分提供于可能易于在半導(dǎo)體薄膜生長處理期間出現(xiàn)裂縫的邊緣部分處。
[0131]圖19到圖25是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可以被用在半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)中的硅襯底S的實例的剖面圖。
[0132]參照圖19，硅襯底S包括主體部分S2和圍繞主體部分S2的邊緣部分SI。硅襯底S例如可以是圓形的，并且主體部分S2可以是處于邊緣部分SI內(nèi)部的硅襯底S的一部分。主體部分S2可以是將在其中生長單晶氮化物半導(dǎo)體薄膜的區(qū)域。舉例來說，硅襯底S可以包括在邊緣部分SI的頂表面上以隨機(jī)結(jié)晶表面方向形成的裂縫防止部分15。
[0133]舉例來說，主體部分S2可以具有(111)結(jié)晶表面，并且裂縫防止部分15可以具有非均勻結(jié)晶表面。由于裂縫防止部分15的結(jié)晶表面方向是非均勻的，因此當(dāng)在其上形成氮化物半導(dǎo)體薄膜時，氮化物半導(dǎo)體薄膜可能不是以單晶結(jié)構(gòu)生長的，而是可能以無定形結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)生長。另一方面，氮化物半導(dǎo)體薄膜可以在主體部分S2上以單晶結(jié)構(gòu)生長。
[0134]在硅襯底S上生長氮化物半導(dǎo)體薄膜的處理中，當(dāng)裂縫防止部分15具有隨機(jī)結(jié)晶表面方向或粗糙表面時，在主體部分S2中例如可以把結(jié)晶方向定向在(111)方向上，但是由于裂縫防止部分15的粗糙表面，結(jié)晶方向在裂縫防止部分15中例如可能被隨機(jī)定向。因此，由于在裂縫防止部分15上生長的氮化物半導(dǎo)體薄膜是在多晶狀態(tài)或無定形狀態(tài)下生長的，因此不同于生長在硅襯底的(111)表面上的氮化物半導(dǎo)體薄膜的單晶部分，可以減輕在邊緣部分SI上由于非均質(zhì)材料的生長而導(dǎo)致的襯底與薄膜之間的界面處的應(yīng)力。因此，當(dāng)在邊緣部分SI上生長氮化物半導(dǎo)體薄膜時，可以減小由于薄膜而導(dǎo)致的應(yīng)力，從而可以減輕硅襯底的形變。
[0135]參照圖20，硅襯底S包括主體部分S2和圍繞主體部分S2的邊緣部分SI，以及形成在邊緣部分SI上的具有不均勻圖案形狀的裂縫防止部分215。所述不均勻圖案可以通過一般的光刻處理形成，并且由于該不均勻圖案，裂縫防止部分215可以具有粗糙表面或隨機(jī)結(jié)晶表面方向。
[0136]參照圖21，硅襯底S包括硅主體部分S2、圍繞硅主體部分S2的硅框架部分SI以及形成在硅框架部分SI上的裂縫防止部分315。舉例來說，可以由通過對硅框架部分SI的熱氧化形成的熱氧化物形成裂縫防止部分315?？商鎿Q地，裂縫防止部分315可以由電介質(zhì)膜形成，這是通過濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)來在硅襯底S上沉積例如氧化物或氮化物之類的電介質(zhì)材料，并且通過光刻處理對所得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化和蝕刻而形成的。在這里，除了硅框架部分SI的頂部之外，裂縫防止部分315還可以延伸到硅襯底S的側(cè)表面或底表面。
[0137]參照圖22，在硅襯底S中，邊緣部分SI的頂部被蝕刻形成一個階梯部分，裂縫防止部分315被形成在邊緣部分SI上的低于硅襯底S的主體部分S2的階梯處。
[0138]參照圖23，硅襯底S包括主體部分S2、圍繞主體部分S2的邊緣部分SI以及形成在邊緣部分SI上的裂縫防止部分415。裂縫防止部分415可以通過離子注入而被形成在邊緣部分SI上。通過離子注入，邊緣部分SI的表面可以被改變成多晶狀態(tài)或無定形狀態(tài)。圖23示出了僅僅在邊緣部分SI的頂表面上執(zhí)行離子注入。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，除了邊緣部分SI的頂表面之外，也可以在邊緣部分SI的側(cè)表面和底表面以及主體部分S2的底表面上執(zhí)行離子注入。舉例來說，當(dāng)裂縫防止部分415延伸到邊緣部分SI的側(cè)表面時，通過減輕在沉積設(shè)備中以高速旋轉(zhuǎn)硅襯底S時由于高速旋轉(zhuǎn)而造成的影響，可以增加裂縫減少效果。
[0139]參照圖24，在硅襯底S中，邊緣部分SI的頂部被蝕刻形成一個階梯部分，并且裂縫防止部分415通過離子注入被形成在邊緣部分SI上的比硅襯底S的主體部分S2低的階梯處。
[0140]如前所述，圖19到圖24的硅襯底S可以在預(yù)定摻雜濃度下被摻雜，從而減少在半導(dǎo)體薄膜制造處理期間出現(xiàn)的弓。
[0141]圖25是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的半導(dǎo)體器件1000的示意性剖面圖。
[0142]半導(dǎo)體器件1000包括硅襯底S、形成在硅襯底S上的緩沖層1200以及形成在緩沖層1200上的氮化物半導(dǎo)體層1300。
[0143]半導(dǎo)體器件1000包括緩沖層1200，以便在硅襯底S上具體實現(xiàn)具有很少裂縫或缺陷的氮化物半導(dǎo)體層1300。
[0144]當(dāng)在硅襯底S上生長氮化物半導(dǎo)體層1300時，緩沖層1200可以補(bǔ)償由于熱膨脹系數(shù)差異而導(dǎo)致的拉應(yīng)力，并且該緩沖層1200可以是圖1到圖17的緩沖層120、130、140、150、220、230、320和330的其中之一。此外，緩沖層1200的最上方層的晶格常數(shù)的值可以小于氮化物半導(dǎo)體層1300的晶格常數(shù)，并且可以對氮化物半導(dǎo)體層1300施加壓應(yīng)力。
[0145]氮化物半導(dǎo)體層1300可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，并且可以包括含有鎵(Ga)的氮化物和 AUIn-GahmWO ( xl, yl < l,xl+yl < I)，例如 GaN、InGaN 或 AlInGaN。氮化物半導(dǎo)體層1300可以被選擇成無摻雜或有摻雜。
[0146]可以在半導(dǎo)體器件1000的制造期間或之后去除硅襯底S。
[0147]半導(dǎo)體器件1000可以被用作發(fā)光二級管(LED)、肖特基二極管、激光二極管(LD)、場效應(yīng)晶體管(FET )或高電子遷移率晶體管(HEMT )的模板。
[0148]圖26是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件1001的示意性剖面圖。
[0149]半導(dǎo)體器件1001包括硅襯底S、緩沖層1200、界面控制層21和氮化物半導(dǎo)體層1300。根據(jù)一定生長條件來生長界面控制層21，該生長條件用于控制與緩沖層1200的粗糙度相關(guān)的粗糙度增大率。提供界面控制層21以便在即使沒有大大增加氮化物半導(dǎo)體層1300的厚度的情況下也提供高質(zhì)量。因此，半導(dǎo)體器件1001可以具有相對較小的厚度，并且可以被用作具體實現(xiàn)各種電子器件的模板。
[0150]界面控制層21可以由AlxInyGa1IyN (O≤x≤I,O≤y≤I, x+y < I)形成。緩沖層1200和界面控制層21可以由不同的材料形成以便在其間做出區(qū)分。舉例來說，緩沖層1200可以由含鋁(Al)氮化物形成，界面控制層21可以由不包含Al的氮化物形成。舉例來說，緩沖層1200可以由AlGaN形成，界面控制層21可以由GaN形成。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
[0151]界面控制層21可以減少與氮化物半導(dǎo)體層1300的界面處的扭曲晶粒邊界的生成。界面控制層21可以具有大約2nm到大約1000nm的厚度，并且可以被形成為使得界面控制層21的粗糙度與緩沖層1200的粗糙度的比例是大約3或更小?？梢酝ㄟ^控制例如溫度和壓力之類的生長條件來實現(xiàn)界面控制層21的厚度和粗糙度。舉例來說，可以在大約20托到大約500托的壓力下并且在大約900°C到大約1050°C的溫度下形成界面控制層21。界面控制層21的生長條件可以不同于形成在界面控制層21上的氮化物半導(dǎo)體層1300的生長條件。
[0152]隨著界面控制層21的厚度增大，可以減少界面控制層21與氮化物半導(dǎo)體層1300之間的界面處的扭曲晶粒邊界的生成。但是當(dāng)界面控制層21的厚度增大時，整個薄膜的結(jié)晶度可能會惡化。這是因為界面控制層21在低于氮化物半導(dǎo)體層1300的溫度下生長，因此可能會增加缺陷。因此，可能希望在減小界面控制層21的厚度的同時減少扭曲晶粒邊界的生成。
[0153]當(dāng)扭曲晶粒邊界減少時，可以減少層疊在界面控制層21上的氮化物半導(dǎo)體層1300的缺陷。也就是說，界面控制層21可以具有大約2nm到大約IOOnm的厚度并且可以關(guān)于緩沖層1200具有大約3或更小的粗糙度比例，從而減少形成在界面控制層21上的氮化物半導(dǎo)體層1300的缺陷。因此，與不使用界面控制層21的厚層相比，可以在較小的厚度下獲得相同水平的結(jié)晶度，并且可以減小整個結(jié)構(gòu)的厚度。此外還可以減少用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件的外延生長處理的處理時間和成本。
[0154]圖27是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的半導(dǎo)體器件1002的示意性剖面圖。
[0155]半導(dǎo)體器件1002包括硅襯底S、緩沖層1200和氮化物半導(dǎo)體層。氮化物半導(dǎo)體層可以包括多層。在多個氮化物半導(dǎo)體層之間提供至少一個掩模層25，并且在掩模層25上的多個氮化物半導(dǎo)體層之間提·供至少一個間隔層27。間隔層27可以補(bǔ)償由于形成在掩模層25上的多個氮化物半導(dǎo)體層而導(dǎo)致的相對拉應(yīng)力。
[0156]所述多個氮化物半導(dǎo)體層可以包括由AlxInyGa1IyN (O ^ x, y ^ I,x+y < I)形成的第一氮化物半導(dǎo)體層1301、第二氮化物半導(dǎo)體層1302和第三氮化物半導(dǎo)體層1303。
[0157]掩模層25可以由氮化硅(SiNx)或氮化鈦(TiN)形成。例如可以利用硅烷(SiH4)和氨氣形成SiNx掩模層。掩模層25可以被形成為在平面上部分地(不完全)覆蓋第一氮化物半導(dǎo)體層1301，從而使得第一氮化物半導(dǎo)體層1301不被暴露出來。因此，可以根據(jù)第一氮化物半導(dǎo)體層1301被掩模層25的覆蓋程度來確定第一氮化物半導(dǎo)體層1301的暴露區(qū)域，并且形成在掩模層25上的第二氮化物半導(dǎo)體層1302的初始島生長形狀可以相應(yīng)地改變。舉例來說，當(dāng)增大SiNx的掩模區(qū)域以便減小第一氮化物半導(dǎo)體層1301的暴露面積時，生長在掩模層25上的第二氮化物半導(dǎo)體層1302的初始島的密度可以減小，但是聚結(jié)島的尺寸可以相對增大。在這種情況下，聚結(jié)氮化物半導(dǎo)體層的厚度也可以增大。
[0158]通過掩模層25減小了位錯密度，并且這方面可以被描述為通過掩模層25直接掩蔽穿透位錯的效應(yīng)，或者被描述為穿過第二氮化物半導(dǎo)體層1302的島面(island facet)的穿透位錯彎曲效應(yīng)。第二氮化物半導(dǎo)體層1302的聚結(jié)厚度和位錯密度可以根據(jù)例如溫度、壓力和V/III源比例之類的生長條件的參數(shù)而變化。SiNx掩模層和第二氮化物半導(dǎo)體層1302的生長條件可以被選擇成使得在聚結(jié)完成之后的平坦?fàn)顟B(tài)下由于穿透位錯而導(dǎo)致的表面凹坑密度可以是5E8/cm2或更小。
[0159]第一氮化物半導(dǎo)體層1301可能受到來自具有相對較小晶格常數(shù)的緩沖層1200的壓應(yīng)力。隨著氮化物半導(dǎo)體層的厚度增大，所述壓應(yīng)力可以被逐漸減輕。但是當(dāng)在第一氮化物半導(dǎo)體層1301與第二氮化物半導(dǎo)體層1302之間提供掩模層25時，兩個氮化物半導(dǎo)體層之間的應(yīng)力可能被解耦，從而可能會阻斷傳遞到第二氮化物半導(dǎo)體層1302的壓應(yīng)力。此外，第二氮化物半導(dǎo)體層1302初始地以島類型生長，并且在島聚結(jié)的過程中可能生成相對拉應(yīng)力。其結(jié)果是，第一氮化物半導(dǎo)體層1301可能由于緩沖層1200而受到較強(qiáng)的壓應(yīng)力，但是掩模層25上的第二氮化物半導(dǎo)體層1302可能由于應(yīng)力解耦和島聚結(jié)而受到較弱的壓應(yīng)力或者受到拉應(yīng)力。當(dāng)具有相對較弱壓應(yīng)力的層的厚度超出臨界點時，在冷卻期間可能會在薄膜處出現(xiàn)裂縫。因此，通過增強(qiáng)島生長，隨著第二氮化物半導(dǎo)體層1302的厚度增大，出現(xiàn)裂縫的可能性也增大。因此，第二氮化物半導(dǎo)體層1302的厚度可以被選擇成在防止裂縫出現(xiàn)的同時減小位錯密度。
[0160]因此，可以保持掩模層25的厚度并且可以減小第二氮化物半導(dǎo)體層1302的聚結(jié)厚度，以便在防止裂縫出現(xiàn)的同時減小位錯密度。為此，可以控制第二氮化物半導(dǎo)體層1302的生長條件。舉例來說，通過提高生長溫度、減小生長壓力或者增大V/III源比例，可以加速水平生長。
[0161]但是盡管第二氮化物半導(dǎo)體層1302的生長條件受到控制，當(dāng)?shù)诙锇雽?dǎo)體層1302被生長到大約2 μ m的厚度并且被冷卻到正常溫度時，因為無法控制由硅襯底S與第二氮化物半導(dǎo)體層1302之間的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的拉應(yīng)力，因此仍然可能會出現(xiàn)裂縫。
[0162]因此，為了補(bǔ)償在氮化物半導(dǎo)體層的冷卻期間生成的拉應(yīng)力，可以在第二氮化物半導(dǎo)體層1302上設(shè)置至少一個間隔層27。間隔層27可以由從包括Α1χ(ιΙη#&1?Ν(O < x0, y0 < I,x0+y0 ^ I)、步級AlJnyGah—yNCO ^ x, y ^ I,x+y ^ I)和 AluInuGahWN/Alx2Iny2Ga1^y2N (0 ( xl, x2, yl, y2≤l,xl關(guān)x2或者yl關(guān)y2)超晶格的組當(dāng)中選擇的至少一項形成，以便對間隔層27上的氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
[0163]當(dāng)在間隔層27上形成第三氮化物半導(dǎo)體層1303時，第三氮化物半導(dǎo)體層1303可以具有較高的壓應(yīng)力。通過利用第三氮化物半導(dǎo)體層1303的壓應(yīng)力來補(bǔ)償?shù)诙锇雽?dǎo)體層1302上的較弱的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力，可以減少裂縫的出現(xiàn)。
[0164]圖28是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件2000的示意性剖面圖。
[0165]根據(jù)本實施例，發(fā)光器件2000包括硅襯底S、形成在硅襯底S上的緩沖層1200、形成在緩沖層1200上的氮化物半導(dǎo)體層1300以及形成在氮化物半導(dǎo)體層1300上的器件層。
[0166]器件層具有發(fā)光結(jié)構(gòu)，其包括第一類型半導(dǎo)體層1500、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700。
[0167]第一類型半導(dǎo)體層1500是以第一類型摻雜的半導(dǎo)體層。第一類型半導(dǎo)體層1500可以由II1-V族氮化物半導(dǎo)體材料形成。舉例來說，第一類型半導(dǎo)體層1500可以由摻雜有η 型摻雜劑的半導(dǎo)體材料 AlxGayInzN (O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ z ^ l,x+y+z=l)形成。η型摻雜劑的實例可以包括S1、Ge、Se和Te。
[0168]第二類型半導(dǎo)體層1700是以第二類型摻雜的半導(dǎo)體層。第二類型半導(dǎo)體層1700可以由II1-V組氮化物半導(dǎo)體材料形成。舉例來說，第二類型半導(dǎo)體層1700可以由摻雜有P 型摻雜劑的半導(dǎo)體材料 AlxGayInzN (O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ z ^ l,x+y+z=l)形成。p型摻雜劑的實例可以包括Mg、Zn和Be。
[0169]有源層1600通過電子-空穴復(fù)合而發(fā)光。對應(yīng)于有源層1600的能帶隙的能量可以通過光的形式發(fā)出。有源層1600可以包括通過周期性地改變AlxGayInzN中的x、y、z值來控制帶隙而生成的單量子阱或者多量子阱的結(jié)構(gòu)。舉例來說，可以通過以InGaN/GaN、InGaN/InGaN, InGaN/AlGaN或者InGaN/InAlGaN的形式把量子阱層與勢壘層配對來形成量子阱結(jié)構(gòu)，并且可以通過根據(jù)InGaN層中的In摩爾比例控制帶隙能來控制發(fā)光波長帶。一般來說，當(dāng)In摩爾比例改變大約1%時，發(fā)光波長偏移大約5nm。
[0170]第一類型半導(dǎo)體層1500和第二類型半導(dǎo)體層1700被顯示為具有單層結(jié)構(gòu)，但是第一類型半導(dǎo)體層1500和第二類型半導(dǎo)體層1700也可以具有多層結(jié)構(gòu)。
[0171]第一類型半導(dǎo)體層1500被顯示為形成在氮化物半導(dǎo)體層1300上，但是第一類型半導(dǎo)體層1500也可以通過利用第一類型摻雜劑來摻雜氮化物半導(dǎo)體層1300而形成。
[0172]器件層被描述為包括LED結(jié)構(gòu)，但是器件層也可以包括激光二極管(LD)結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管(FED)結(jié)構(gòu)、高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)或者肖特基二極管結(jié)構(gòu)。
[0173]圖28的半導(dǎo)體器件可以包括用于注入電流以便復(fù)合有源層1600中的電子與空穴的各種電極結(jié)構(gòu)，其實例在圖29到圖32中示出。
[0174]圖29到圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件2001的各個實例的剖面圖。
[0175]參照圖29，在 發(fā)光器件2001中，在第一類型半導(dǎo)體層1500的一部分上形成第一電極1910，所述一部分通過蝕刻第二類型半導(dǎo)體層1700的預(yù)定區(qū)域、有源層1600的預(yù)定區(qū)域和第一類型半導(dǎo)體層1500的預(yù)定區(qū)域而被暴露出來，并且在第二類型半導(dǎo)體層1700上形成第二電極1920。此外，可以在第二類型半導(dǎo)體層1700與第二電極1920之間形成透明電極層1800。
[0176]這種類型的芯片結(jié)構(gòu)被稱作正立(印1-up)結(jié)構(gòu)。
[0177]第一電極1910 和第二電極 1920 可以由例如 Ag、Al、N1、Cr、Pd、Cu、Pt、Sn、W、Au、Rh、Ir、Ru、Mg和Zn當(dāng)中的任一種金屬或者任何金屬合金形成?？梢砸灾辽賰蓪咏Y(jié)構(gòu)形成第一電極 1910 和第二電極 1920，比如 Ni/Ag、Zn/Ag、Ni/Al、Zn/Al、Pd/Ag、Pd/Al、Ir/Ag、Ir/Au、Pt/Ag、Pt/Al 或 Ni/Ag/Pt。
[0178]透明電極層1800可以由透明導(dǎo)電氧化物(TCO)形成。舉例來說，透明電極層1800可以由ITO (氧化銦錫)、ΙΖ0 (氧化銦鋅)、ΑΖ0 (氧化鋁鋅)、Zn0、GZ0 (ZnO:Ga)、ln203、SnO2、CdO、CdSnO4 或 Ga2O3 形成。
[0179]圖30是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的豎直發(fā)光器件2002的示意性剖面圖。
[0180]在發(fā)光器件2002中，去除了用在外延生長中的硅襯底S和緩沖層1200，并且把支持襯底2070結(jié)合到第二類型半導(dǎo)體層1700。
[0181 ] 為了提高光提取效率，對通過去除硅襯底S和緩沖層1200而暴露出的第一類型半導(dǎo)體層1500的頂表面進(jìn)行紋理化，從而形成具有不均勻圖案的不均勻表面1500a。所述不均勻圖案不限于所示出的形狀，而是可以具有各種循環(huán)、高度和形狀并且還可以形成在不規(guī)則圖案中。
[0182]在圖30中，硅襯底S和緩沖層1200都被去除。但是緩沖層1200的至少一部分可以被留在第一類型半導(dǎo)體層1500上，并且可以與第一類型半導(dǎo)體層1500 —起被紋理化從而形成不均勻表面1500a。
[0183]第一電極2010被形成在第一類型半導(dǎo)體層1500上，第二電極2030被形成在第二類型半導(dǎo)體層1700的底表面上，并且接合金屬層2050被形成在第二電極2030與支持襯底2070之間。舉例來說，接合金屬層2050可以由Au/Sn形成。支持襯底2070可以是Si襯底或SiAl襯底。背金屬層2090被形成在支持襯底2070的底表面上。
[0184]圖31是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的豎直-水平發(fā)光器件2003的示意性剖面圖。
[0185]在發(fā)光器件2003中，去除了用在外延生長中的硅襯底S和緩沖層1200，并且把支持襯底2250結(jié)合到第二類型半導(dǎo)體層1700。
[0186]為了提高光提取效率，對通過去除硅襯底S和緩沖層1200而暴露出的第一類型半導(dǎo)體層1500的頂表面進(jìn)行紋理化,從而形成不均勻表面1500a。在圖31中,娃襯底S和緩沖層1200都被去除。但是緩沖層1200的至少一部分可以被留在第一類型半導(dǎo)體層1500上，并且可以與第一類型半導(dǎo)體層1500 —起被紋理化。
[0187]為了形成與第一類型半導(dǎo)體層1500接觸的第一電極2150，形成穿透第二類型半導(dǎo)體層1700和有源層1600的多個通孔，并且在第二類型半導(dǎo)體層1700上形成第二電極2130。在第二電極2130上形成用于與電極焊盤2290連接的金屬層2170。形成第一鈍化層2100以便覆蓋所述通孔的側(cè)表面以及第二類型半導(dǎo)體層1700的頂表面的一部分，并且形成第二鈍化層2190以便覆蓋金屬層2170。形成阻擋金屬層2210以便與第一電極2150相連并且填充通孔。
[0188]在支持襯底2250的頂表面上形成接合金屬層2230，并且在支持襯底2250的底表面上形成背金屬層2270。
[0189]圖32是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的倒裝芯片類型發(fā)光器件2004的示意性剖面圖。
[0190]發(fā)光器件2004與圖31的發(fā)光器件2003的不同之處在于,第一電極2150和第二電極2130都被向下電暴露出來。
[0191]也就是說，第二鈍化層2190被圖案化成暴露出與第二電極2130接觸的金屬層2170的一部分。此外，阻擋金屬層2211被圖案化以便被電劃分成兩個部分，從而使其一個部分接觸第一電極2150，并且另一部分接觸第二電極2130。
[0192]支持襯底2250可以是不導(dǎo)電襯底，其中形成第一導(dǎo)電通路CVl和第二導(dǎo)電通路CV2。支持襯底2250上的接合金屬層2231和支持襯底2250下方的背金屬層2271分別被圖案化成具有彼此電分開的兩個區(qū)域。接合金屬層2231的一個區(qū)域與背金屬層2271的一個區(qū)域通過第一導(dǎo)電通路CVl彼此電連接，接合金屬層2231的另一個區(qū)域與背金屬層2271的另一個區(qū)域通過第二導(dǎo)電通路CV2彼此電連接，從而把第一電極2150和第二電極2130電暴露到外部。
[0193]其中形成有導(dǎo)電通路的不導(dǎo)電襯底被描述為支持襯底2250。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。也就是說，支持襯底2250也可以是其中形成有絕緣通路的導(dǎo)電襯底。[0194]圖33A到圖33J是示出了圖31的半導(dǎo)體器件2003的制造方法的視圖。
[0195]參照圖33A，按照以下順序形成硅襯底S、緩沖層1200、第一類型半導(dǎo)體層1500、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700。在這里，還可以在緩沖層1200與第一類型半導(dǎo)體層1500之間形成無摻雜的氮化物半導(dǎo)體層。隨后，形成多個通孔VH以便穿透第二類型半導(dǎo)體層1700和有源層1600，并且暴露出第一類型半導(dǎo)體層1500的一部分。
[0196]可以通過眾所周知的半導(dǎo)體生長方法在硅襯底S上形成緩沖層1200、第一類型半導(dǎo)體層1500、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700，比如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)以及氫化物氣相外延(HVPE)。
[0197]在形成第一類型半導(dǎo)體層1500和第二類型半導(dǎo)體層1700時，提供摻雜劑氣體以便用η型摻雜劑或P型摻雜劑來摻雜第一類型半導(dǎo)體層1500和第二類型半導(dǎo)體層1700。η型摻雜劑的實例可以包括S1、Ge、Se和Te，ρ型摻雜劑的實例可以包括Zn、Cd、Be、Mg、Ca和Ba。
[0198]參照圖33Β，在第二類型半導(dǎo)體層1700的頂表面和通孔VH的內(nèi)表面上形成第一鈍化層2100。舉例來說，可以通過沉積例如SiO2或Al2O3之類的絕緣材料而形成第一鈍化層2100。
[0199]參照圖33C，在通過蝕刻第二類型半導(dǎo)體層1700上的第一鈍化層2100的一部分而暴露出的第二類型半導(dǎo)體層1700上形成第二電極2130。
[0200]參照圖33D，在通過蝕刻第一類型半導(dǎo)體層1500上的第一鈍化層2100的一部分而暴露出的第一類型半導(dǎo)體層1500上形成第一電極2150。在這里，可以通過濺射、電鍍或沉積金屬材料而形成第一電極2150。
[0201]參照圖33Ε，在第二電極2130上形成金屬層2170。金屬層2170被用來隨后把電極焊盤連接到第二電極2130。
[0202]參照圖33F，第二鈍化層2190由絕緣材料形成以便覆蓋金屬層2170。
[0203]參照圖33G，形成阻擋金屬層2210以便與第一電極2150連接、填充通孔VH并且覆蓋第二鈍化層2190。通過第一鈍化層2100和第二鈍化層2190，阻擋金屬層2210與第二電極2130、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700絕緣，并且電連接到第一電極2150。
[0204]參照圖33Η，支持襯底2250被附著到阻擋金屬層2210。支持襯底2250可以是Si襯底或SiAl襯底。背金屬層2270被形成在支持襯底2250的頂表面上，接合金屬層2230被形成在支持襯底2250與阻擋金屬層2210之間。
[0205]參照圖331，硅襯底S和緩沖層1200被去除?？梢酝ㄟ^蝕刻或拋光去除硅襯底S。緩沖層1200被顯示為完全去除，但是緩沖層1200的一部分可以被留在第一類型半導(dǎo)體層1500 上。
[0206]參照圖33J，第一類型半導(dǎo)體層1500的頂部被紋理化以形成不均勻表面1500a。在這種情況下，當(dāng)緩沖層1200的一部分被留在第一類型半導(dǎo)體層1500上時，其也可以被紋理化以形成不均勻表面1500a。
[0207]隨后，對第一類型半導(dǎo)體層1500、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700的一部分進(jìn)行蝕刻以便暴露出金屬層2170，并且在所暴露出的金屬層2170上形成電極焊盤2290。
[0208]前面的制造方法說明了圖31的豎直/水平發(fā)光器件的制造方法，但是本發(fā)明不限于此。[0209]圖34A到圖34E是示出了圖32的半導(dǎo)體器件2004的制造方法的視圖。
[0210]圖32的發(fā)光器件2004與圖31的發(fā)光器件2003的不同之處僅僅在于將第一電極2150和第二電極2130暴露于外部的結(jié)構(gòu)，并且圖33A到圖33F的操作在這里是相同的。
[0211]參照圖34A，對第二鈍化層2190的一部分進(jìn)行蝕刻，以便暴露出結(jié)合到第二電極2130的金屬層2170。
[0212]參照圖34B，阻擋金屬層2211被形成為具有彼此電分開的兩個區(qū)域。
[0213]參照圖34C，支持襯底2250被結(jié)合到阻擋金屬層2211上。接合金屬層2231和背金屬層2271被形成在其中形成了第一導(dǎo)電通路CVl和第二導(dǎo)電通路CV2的支持襯底2250的全部兩個表面上，并且接合金屬層2231和背金屬層2271都被圖案化以便對應(yīng)于阻擋金屬層2211的兩個區(qū)域。此外，第一導(dǎo)電通路CVl和第二導(dǎo)電通路CV2被形成為穿透支持襯底2250,從而使得第一導(dǎo)電通路CVl把接合金屬層2231的一個區(qū)域與背金屬層2271的一個區(qū)域相連，并且第二導(dǎo)電通路CV2把接合金屬層2231的另一個區(qū)域與背金屬層2271的另一個區(qū)域相連。
[0214]參照圖34D，硅襯底S和緩沖層1200被去除。可以通過蝕刻或拋光去除硅襯底S。緩沖層1200被顯示為完全去除，但是緩沖層1200的一部分可以被留在第一類型半導(dǎo)體層1500 上。
[0215]參照圖34E，第一類型半導(dǎo)體層1500的頂部被紋理化以形成不均勻表面1500a。在這種情況下，當(dāng)緩沖層1200的一部分被留在第一類型半導(dǎo)體層1500上時，其也可以被紋理化以形成不均勻表面1500a。
[0216]利用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件制造方法可以被修改成各種類型，其中包括在緩沖層上形成氮化物層疊的器件層并且在必要時去除硅襯底和/或緩沖層的處理。
[0217]圖35是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的發(fā)出白光的發(fā)光器件2005的一個實例的剖面圖。
[0218]可以通過利用波長轉(zhuǎn)換層2300涂覆圖34E的半導(dǎo)體器件2004來形成發(fā)光器件2005。
[0219]波長轉(zhuǎn)換層2300轉(zhuǎn)換從有源層1600發(fā)出的光的波長，并且可以具有例如熒光物質(zhì)或量子點之類的波長轉(zhuǎn)換材料。當(dāng)波長轉(zhuǎn)換材料是熒光物質(zhì)并且從有源層1600發(fā)出藍(lán)色光時，波長轉(zhuǎn)換層2300可以使用基于氮化物的熒光物質(zhì)MAlSiNx = Re (I ^ x ^ 5)和基于硫化物的熒光物質(zhì)MD:Re以作為紅色熒光物質(zhì)。在這里，M是從包括Ba、Sr、Ca和Mg的組當(dāng)中選擇的至少一項；D是從包括S、Se和Te的組當(dāng)中選擇的至少一項；并且Re是從包括Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br 和 I 的組當(dāng)中選擇的至少一項。此外，綠色熒光物質(zhì)的實例包括基于硅酸鹽的熒光物質(zhì)仏3104:1^、基于硫化物的熒光物質(zhì)MA2D4: Re、熒光物質(zhì)β-SiAlON = Re以及基于氧化物的熒光物質(zhì)ΜΑ’ 204: Re’。在這里，M是從包括Ba、Sr、Ca和Mg的組當(dāng)中選擇的至少一項；A是從包括Ga、Al和In的組當(dāng)中選擇的至少一項；D是從包括S、Se和Te的組當(dāng)中選擇的至少一項；A’是從包括Sc、Y、Gd、La、Lu、Al和In的組當(dāng)中選擇的至少一項；Re是從包括Eu、Y、La、Ce、Nd、Pm、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、F、Cl、Br和I的組當(dāng)中選擇的至少一項；并且Re’是從包括Ce、Nd、Pm、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、F、Cl、Br和I的組當(dāng)中選擇的至少一項。[0220]此外，波長轉(zhuǎn)換材料可以是量子點。量子點是包括核心和外殼的納米晶體微粒，其中核心的尺寸范圍是從大約2nm到大約lOOnm。通過控制核心的尺寸,量子點可以被用作發(fā)出各種顏色的熒光材料，比如藍(lán)色(B)、黃色(Y)、綠色(G)和紅色(R)。構(gòu)成量子點的核-殼結(jié)構(gòu)可以通過異質(zhì)結(jié)合I1-VI族化合物半導(dǎo)體(ZnS、ZnSe, ZnTe, CdS、CdSe, CdTe,HgS、HgSe、HgTe、MgTe 等等)、II1-V 族化合物半導(dǎo)體(GaN,GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlAs、AlP、AlSb、AlS等等)和IV族半導(dǎo)體(Ge、S1、Pb等等)當(dāng)中的至少兩種類型的半導(dǎo)體而形成。在這種情況下，可以在量子點的外殼處形成利用油酸之類的材料的有機(jī)配位體，以便在外殼表面處終結(jié)分子鍵聯(lián)、抑制量子點的粘連、改進(jìn)例如硅樹脂或環(huán)氧樹脂中的分散性并且改進(jìn)熒光物質(zhì)的功能。
[0221]波長轉(zhuǎn)換層2300被顯示為覆蓋包括第一類型半導(dǎo)體層1500、有源層1600和第二類型半導(dǎo)體層1700的整個發(fā)光結(jié)構(gòu)，也就是說同時覆蓋上方部分和側(cè)面部分。但是這僅僅是示例性的，并且波長轉(zhuǎn)換層2300可以只被形成在第一類型半導(dǎo)體層1500上。
[0222]圖36是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個實施例的作為半導(dǎo)體器件的發(fā)光器件封裝件2006的一個實例的剖面圖。
[0223]發(fā)光器件封裝件2006還包括形成在圖35的發(fā)光器件2005上的透鏡2400。透鏡2400可以充當(dāng)用于發(fā)光結(jié)構(gòu)的鈍化層，并且還可以控制從發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的光的視角。透鏡2400可以被形成在單獨的芯片中，或者可以在晶片級別形成并且與支持襯底2250 —起被切割。透鏡2400被顯示為同時覆蓋發(fā)光器件的上方部分和側(cè)面部分。但是這僅僅是示例性的，并且透鏡2400可以僅僅被布置在上方部分。
[0224]在前面描述的發(fā)光器件和發(fā)光器件封裝件中，可以使用硅生長襯底來生長發(fā)光結(jié)構(gòu)，并且可以使用基于硅的支持襯底來去除生長襯底。在這種情況下，生長襯底的熱膨脹系數(shù)可以基本上等于支持襯底的熱膨脹系數(shù)。因此，在附著支持襯底時以及在去除生長襯底時，在晶片處生成的應(yīng)力被最小化，從而晶片幾乎不發(fā)生翹曲。相應(yīng)地，在制造前面描述的芯片或芯片級封裝件時，操縱較為容易并且產(chǎn)出量得到改進(jìn)。
[0225]圖37是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個實施例的利用發(fā)光器件封裝件的照明器件3000的一個實例的分解透視圖。
[0226]參照圖37，燈泡類型的電燈被顯示為照明器件3000的一個實例，并且照明器件3000包括發(fā)光模塊3003、驅(qū)動單元3008以及外部連接部分3010。此外，照明器件3000還可以包括例如外部罩3006、內(nèi)部罩3009和覆蓋部分3007之類的外部結(jié)構(gòu)。
[0227]發(fā)光模塊3003可以包括發(fā)光器件封裝件3001以及在其上安裝發(fā)光器件封裝件3001的電路板3002。圖36中所示的發(fā)光器件封裝件2006可以被用作發(fā)光器件封裝件3001。但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此，并且通過使用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的半導(dǎo)體緩沖結(jié)構(gòu)而制造的各種類型的發(fā)光器件封裝件都可以被用作發(fā)光器件封裝件3001。在圖37中，一個發(fā)光器件封裝件3001被安裝在電路板3002上，但是在必要時也可以把多個發(fā)光器件封裝件3001安裝在電路板3002上。在這種情況下，多個發(fā)光器件封裝件3001可以是發(fā)出相同波長的光的相同類型的發(fā)光器件封裝件?？商鎿Q地，多個發(fā)光器件封裝件3001可以是發(fā)出不同波長的光的不同類型的發(fā)光器件封裝件。舉例來說，發(fā)光器件封裝件3001可以被配置成包括以下各項的至少其中之一:用于通過藍(lán)色LED與黃色、綠色、紅色或橙色熒光物質(zhì)的組合而發(fā)出白光的發(fā)光器件，紫色發(fā)光器件，藍(lán)色發(fā)光器件，綠色發(fā)光器件，紅色發(fā)光器件，以及紅外發(fā)光器件。在這種情況下，照明器件3000可以把顯色指數(shù)(CRI)從鈉(Na)燈
(40)水平調(diào)節(jié)到太陽光(100)水平，并且可以生成其色溫范圍從燭光(1500K)水平到藍(lán)天(12000K)水平的各種白色光。此外，在必要時，照明器件3000可以生成紫色、藍(lán)色、綠色、紅色或橙色可見光或者紅外光，以便根據(jù)氛圍和心情調(diào)節(jié)照明顏色。此外，照明器件3000還可以生成特定波長的光以用于加速植物生長。
[0228]此外，照明器件3000可以包括充當(dāng)散熱部分的外部罩3006。外部罩3006可以包括與發(fā)光模塊3003直接接觸以便提高散熱效果的散熱板3004，以及增大有效散熱表面積的散熱鰭片3005。此外，照明器件3000還可以包括覆蓋部分3007，其被安裝在發(fā)光模塊3003上并且具有凸透鏡的形狀。驅(qū)動單元3008可以被安裝在內(nèi)部罩3009中并且連接到具有插座結(jié)構(gòu)的外部連接部分3010，以便從外部電源接收電力。驅(qū)動單元3008把電力轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動發(fā)光模塊3003的半導(dǎo)體發(fā)光器件3001的適當(dāng)電流源。舉例來說，驅(qū)動單元3008可以包括AC-DC轉(zhuǎn)換器或整流電路組件。
[0229]應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所描述的示例性實施例應(yīng)當(dāng)被視為僅僅是描述性而非限制性的。對于每一個實施例內(nèi)的各個特征或方面的描述通常應(yīng)當(dāng)被視為可用于其他實施例中的其他類似特征或方面。
[0230]雖然參照其示例性實施例具體示出并描述了本發(fā)明構(gòu)思，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離所附權(quán)利要求書的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)方面做出許多改變。
【權(quán)利要求】
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括步驟: 制備硅襯底； 在硅襯底上形成緩沖層； 在緩沖層上形成氮化物半導(dǎo)體層， 其中，緩沖層包括: 第一層，其包括Alx1nyGa1TyN (O ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ 1,0≤x+y≤1),并且所述第一層的晶格常數(shù)(LPl)小于所述硅襯底的晶格常數(shù)(LPO)； 形成在所述第一層上的第二層，其包括Alx1nyGa1≤N (O ≤ x < 1,0 ≤ y < 1,0≤x+y<1)，并且所述第二層的晶格常數(shù)(LP2)大于所述第一層的晶格常數(shù)(LPl)并小于所述硅襯底的晶格常數(shù)(LPO);以及 形成在所述第二層上的第三層，其包括Alx1nyGa1TyN (O ≤ x < 1,0 ≤ y < 1,0≤x+y<1)，并且所述第三層的晶格常數(shù)(LP3)小于所述第二層的晶格常數(shù)(LP2)。
2.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述第三層的晶格常數(shù)(LP3)等于或大于所述第一層的晶格常數(shù)(LP1)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所述第三層的晶格常數(shù)(LP3)大于所述第一層的晶格常數(shù)(LP1)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，所述第三層的厚度被形成為使得發(fā)生晶格弛豫。
5.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述第二層具有沿著厚度方向增大的晶格常數(shù)分布，并且所述第三層的晶格常數(shù)小于所述第二層的晶格常數(shù)平均值。
6.權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述第二層的晶格常數(shù)分布連續(xù)增大。
7.權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述緩沖層還包括形成在所述第三層上的第四層，其包括Alx1nyGanyN (O ≤ x < 1, O ≤ y < 1, O ≤ x+y < 1)，并且所述第四層的晶格常數(shù)分布沿著厚度方向增大。
8.權(quán)利要求7的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述第四層具有與所述第二層相同的晶格常數(shù)。
9.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述緩沖層還包括形成在所述第三層上的第四層，其包括Alx1nyGanyN (O ≤ x < 1, O ≤ y < 1, O ≤ x+y < 1)，并且所述第四層的晶格常數(shù)(LP4)大于所述第二層的晶格常數(shù)(LP2)。
10.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述緩沖層還包括在所述第三層上由包括Alx1nyGa1TyN (O≤x < 1,O≤y < 1,O≤x+y < 1)的材料形成的多層，其中所述多層當(dāng)中的每一層的晶格常數(shù)都大于所述第三層的晶格常數(shù)(LP3)，并且所述多層按照晶格常數(shù)的升序進(jìn)行層疊。
11.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述娃襯底摻雜有摻雜劑。
12.權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述摻雜劑包括B、Al、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg和Ga中的至少一種。
13.權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，將所述摻雜劑的摻雜濃度確定為使得所述硅襯底具有1Qcm或更小的電阻率。
14.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述硅襯底包括: 主體部分；圍繞所述主體部分的邊緣部分；以及 以隨機(jī)結(jié)晶表面方向形成在所述邊緣部分上的裂縫防止部分。
15.權(quán)利要求14的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述裂縫防止部分包括形成在所述邊緣部分的頂表面上的電介質(zhì)膜或不均勻部分。
16.權(quán)利要求14的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，通過在所述邊緣部分的頂表面上執(zhí)行離子注入來形成所述裂縫防止部分。
17.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述緩沖層對所述氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
18.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其還包括步驟:在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成器件層。
19.權(quán)利要求18的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述器件層包括發(fā)光二級管結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)、聞電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)或者肖特基二極管結(jié)構(gòu)。
20.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其還包括步驟:在所述緩沖層與所述氮化物半導(dǎo)體層之間形成界面控制層， 其中，根據(jù)一定生長條件來生長所述界面控制層，所述生長條件用于控制與所述緩沖層的粗糙度有關(guān)的粗糙度增大率。
21.權(quán)利要求20的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述界面控制層具有2nm到1000nm的厚度，并且所述界面控制層的粗糙度與所述緩沖層的粗糙度的比率是3或更小。
22.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其還包括步驟: 形成多個氮化物半導(dǎo)體層； 在所述多個氮化物半導(dǎo)體層之間形成至少一個掩模層；以及 形成至少一個間隔層，其補(bǔ)償所述至少一個掩模層上的多個氮化物半導(dǎo)體層之間的拉應(yīng)力。
23.權(quán)利要求22的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述至少一個掩模層包括氮化硅或氮化鈦。
24.權(quán)利要求23的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述至少一個掩模層包括從由以下各項構(gòu)成的組當(dāng)中選擇的任一項(O≤x0，y0≤I, x0+y0≤I)、步級 AlJriyGah—yN (O ≤x，y ≤I, x+y ≤I)、以及 AlxlIr^GahwN/AUIny2Ga1Iy2N(O ( xl, x2, yl, y2 ^ I, xl ^ x2或者yl幸y2)超晶格,并且所述至少一個掩模層對其上的氮化物半導(dǎo)體層施加壓應(yīng)力。
25.權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述氮化物半導(dǎo)體層包括第一類型半導(dǎo)體層、有源層以及第二類型半導(dǎo)體層。
26.權(quán)利要求25的制造半導(dǎo)體器件的方法，其還包括步驟: 去除所述硅襯底；以及 去除所述緩沖層的至少一部分。
27.權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其還包括步驟:在去除所述硅襯底之前，把支持襯底附著到所述第二類型半導(dǎo)體層上。
28.權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在去除所述硅襯底之前還包括步驟: 形成電極結(jié)構(gòu)，所述電極結(jié)構(gòu)包括接觸所述第一類型半導(dǎo)體層的第一電極和接觸所述第二類型半導(dǎo)體層的第二電極，以便把電流注入到所述有源層中；以及 把電連接到所述第一電極和第二電極中的至少一個的支持襯底附著到所述第二類型半導(dǎo)體層上。
29.權(quán)利要求28的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述支持襯底是硅襯底。
30.權(quán)利要求28的制造半導(dǎo)體 器件的方法，其還包括步驟:在所述第二類型半導(dǎo)體層上形成波長轉(zhuǎn)換層，其轉(zhuǎn)換由所述有源層生成并且從所述有源層發(fā)出的光的波長。
【文檔編號】H01L21/02GK103578926SQ201310347252
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】卓泳助, 金在均, 金柱成, 金峻淵, 李在垣, 崔孝枝 申請人:三星電子株式會社