[發明專利]半導體外延襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201010106630.9
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101866949A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 今西健治;吉川俊英;田中丈士;守谷美彥;乙木洋平
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社;日立電線株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/205;H01L21/335
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張浴月;劉文意

本申請是申請日為2008年3月28日、申請號為200810090314.X、發明名稱為“半導體外延襯底、化合物半導體器件及其制造方法”的中國專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求2007年3月30日提交的日本專利申請No.2007-093574的優先權，將其全文引入于此作為參考。

技術領域

本發明涉及一種化合物半導體外延襯底、化合物半導體器件及其制造方法，并且更具體地，涉及一種化合物半導體外延襯底以及具有氮化物半導體層的化合物半導體器件、及它們的制造方法。

背景技術

GaN具有3.4eV的寬的帶隙并且是一種期望用于短波長光發射和高擊穿電壓操作的半導體。已經開發出了用于紫外線和藍光的光發射器件。移動電話的基站放大器需要高電壓操作。目前報道了將超過300V的值作為電流關斷(current-off)期間的擊穿電壓。通過采用SiC襯底獲得最好的輸出特性。認為這是由于SiC的高熱導率。在III族氮化物混合結晶體中調節物理特性例如帶隙。例如，在GaN中混合AlN或InN。Ga_xAl_yIn_zN(0＜x≤1，x+y+z＝1)在這里稱為含氮化鎵(含GaN)半導體。為了形成質量良好的III族氮化物半導體結晶層，已經研究了多種外延生長。

JP-A-2003-309071提出：在300℃至600℃的低溫下，在例如藍寶石、SiC、GaN和AlN的結晶襯底上(例如藍寶石襯底上)生長10nm至50nm厚的AlN低溫生長緩沖層，在溫度升高到例如1000℃之后，在該低溫生長緩沖層上生長Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)下墊層(underlying?layer)，并且在該下墊層上生長具有較低Al含量的Al_yGa_1-yN(0≤y＜x)。由于具有較低Al含量的AlGaN膜具有大晶格常數，因此施加了壓應力。其描述了：由于在膜界面斷層側向(laterally)偏轉，因此可以獲得質量良好的GaN層等等。所述器件結構是紫外線發射LED。當形成多量子阱時，將生長溫度設為例如800℃。

將JP-A-2005-32823引入于此作為參考，其提出：當通過在SiC襯底上生長AlN緩沖層并且在AlN緩沖層上生長GaN或InGaN溝道層和AlGaN電子供應層，來形成場效應晶體管外延晶圓時，該緩沖層的生長溫度設定為比該溝道層的生長溫度高大約100℃，并且在生長期間V/III比例被降低到使AlN反應活性種(reactive?species)的粘附力和釋放速度變得一樣的程度，優選不小于50并且不大于500。

當生長溫度升高時，激活了AlN反應種類使得釋放變得容易。由于V/III比例降低，因此AlN緩沖層的生長速度被抑制為低，并且形成了接近均衡狀態的狀態，其中AlN反應活性種變得容易在表面上移動。因此，在形成了該AlN結晶膜之后，不僅促進了二維成核而且提高了凹陷掩埋(pit?burying)作用。這說明，實現了具有更少缺陷的AlN緩沖層的生長。在爐壓為135Torr、V/III比例為230以及生長溫度為1150℃至1200℃的條件下，采用三甲基鋁(trimethylaluminum，TMA)作為Al源以及采用NH₃作為氮源，通過MOCVD使該AlN緩沖層生長。生長速度為0.2nm/sec或更低。之后，將溫度降低到1100℃，并且使其它層例如高純度GaN層外延生長。

將JP-A-2006-165207引入于此作為參考，其提出使用含GaN半導體作為溝道層的高擊穿電壓的高電子遷移率晶體管(HEMT)。例如，在高阻SiC襯底之上生長i-型GaN溝道層，n-型AlGaN層和n-型GaN覆蓋層(cap?layer)形成為具有插入其間的i-型AlGaN間隔層，部分移除該n-型覆蓋層，通過在510℃或更高而低于600℃的溫度下退火，疊置Ta和Al以形成歐姆電極的源/漏電極，沉積SiN層，經由該SiN層形成開口，并且在該開口中形成接觸該GaN覆蓋層的柵極。

發明內容

根據實施例的一個方案，本發明提供一種半導體外延襯底，包括：單晶襯底；AlN層，在所述單晶襯底上外延生長；以及氮化物半導體層，在所述AlN層上外延生長，其中，所述AlN層和所述氮化物半導體層之間的界面的粗糙度比所述單晶襯底和所述AlN層之間的界面的粗糙度大。