[發(fā)明專利]具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910057034.3
• 申請(qǐng)日: 2009-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101859982A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武良文;簡(jiǎn)奉任
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東璨圓光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/30
• 分類號(hào): H01S5/30;H01L33/00;H01L21/20
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮化物型半導(dǎo)體元件及其制造方法，特別是涉及一種具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)上，在制造作為激光元件的氮化物型半導(dǎo)體元件時(shí)，通常需要在基板上成長(zhǎng)緩沖層，以改善隨后在緩沖層上成長(zhǎng)的主要氮化物型外延層結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度及其表面形貌(Morphology)。已有文獻(xiàn)提出各種形成該緩沖層的方法。

美國(guó)專利第5,290393號(hào)(公開(kāi)日為1994年3月1日，)中提出一種氮化鎵(GaN)型化合物半導(dǎo)體的晶體成長(zhǎng)方法，其中在低溫下(在200℃至900℃之間)，首先將以式Ga_xAl_1-xN(0＞x≤1)表示的緩沖層成長(zhǎng)于基板上，緩沖層的厚度為0.001-0.5μm，然后在高溫下(在900℃至1150℃之間)，使主要GaN外延層結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)在該緩沖層上。

美國(guó)專利第6,508,878號(hào)(公開(kāi)日為2003年1月21日)中提出另一種類似方法，成長(zhǎng)GaN型化合物半導(dǎo)體，其中在第一溫度下首先在藍(lán)寶石基板上使由In_xAl_1-xN/AlN或In_xAl_1-xN/GaN所形成的且具有超晶格(super?lattice)結(jié)構(gòu)的中間緩沖層成長(zhǎng)，然后在較高的第二溫度下，在該中間緩沖層上使GaN或In_xGa_1-xN型化合物半導(dǎo)體成長(zhǎng)。該方法中，也可在較高溫度下成長(zhǎng)該化合物半導(dǎo)體之前，先在該中間緩沖層上形成選擇性GaN保護(hù)層，以避免該中間緩沖層中所含的In被蒸發(fā)出來(lái)。

美國(guó)專利第5,686,738號(hào)(公開(kāi)日為1997年11月11日)中提出另一種類似的方法，該方法中，使非單晶的緩沖層在比接著形成的成長(zhǎng)層所需的成長(zhǎng)溫度低的溫度下進(jìn)行成長(zhǎng)。這些現(xiàn)有技術(shù)都是在低溫下形成緩沖層。但無(wú)論效果如何，利用上述方法在低溫成長(zhǎng)緩沖層上形成的主要氮化物型外延層結(jié)構(gòu)的晶體缺陷密度會(huì)高達(dá)10¹⁰/cm²以上，這是因?yàn)榛迮c主要氮化物型外延層結(jié)構(gòu)之間的晶格常數(shù)差異過(guò)大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件，能降低缺陷密度，為此本發(fā)明還提桶一種具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件的制作方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件的技術(shù)方案是，包括：

基板；

雙層緩沖層結(jié)構(gòu)，具有位于該基板上且由Al_xIn_yGa_1-x-yN(x≥0，y≥0，1≥x+y≥0)所形成的第一層，及位于該第一層上且由GaN型材料所形成的第二層；以及

氮化物型外延層結(jié)構(gòu)，位于該雙層緩沖層結(jié)構(gòu)的該第二層上。

本發(fā)明具有多層緩沖層結(jié)構(gòu)的氮化物型半導(dǎo)體元件的制作方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟：

第一步，使由Al_xIn_yGa_1-x-yN(x≥0，y≥0，1≥x+y≥0)所形成的第一層在第一溫度下成長(zhǎng)于基板上；

第二步，使由GaN型材料所形成的第二層在低于第一溫度的第二溫度下成長(zhǎng)于第一層上；

第三步，將溫度升高，以進(jìn)行再結(jié)晶；以及

第四步，將一個(gè)氮化物型外延層結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)于第二層上；

其中，第二步中將第一層與第二層結(jié)合在一起，作為該半導(dǎo)體元件的一個(gè)緩沖層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明氮化物型半導(dǎo)體元件的技術(shù)方案是，包括：

基板；

多層緩沖層結(jié)構(gòu)，具有位于基板上的GaN晶核層，及由下而上順序在該GaN晶核層上形成的AlInN薄層、GaN型主層及GaN型薄層；以及

氮化物型外延層結(jié)構(gòu)，位于該多層緩沖層結(jié)構(gòu)的該GaN型薄層上。

本發(fā)明氮化物型半導(dǎo)體元件的制造方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟：

將GaN晶核層在第一溫度下成長(zhǎng)于基板上；

將AlInN薄層、GaN型主層及GaN型薄層在低于第一溫度的第二溫度下，由下而上順序成長(zhǎng)于該GaN晶核層上；

將溫度升高，以進(jìn)行再結(jié)晶；以及

將氮化物型外延層結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)于該GaN型薄層上，

其中，GaN晶核層、AlInN薄層、GaN型主層、以及GaN型薄層結(jié)合在一起，作為半導(dǎo)體元件的緩沖層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明氮化物型半導(dǎo)體元件的技術(shù)方案是，包括：

基板；