[發(fā)明專利]具有InGaN層的半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010508579.4
• 申請日: 2010-10-13
• 公開（公告）號: CN102088163A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·勒泰特
• 申請（專利權(quán)）人: S.O.I.TEC絕緣體上硅技術(shù)公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187;H01S5/343
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及包括載體襯底(carrier?substrate)上的InGaN層的半導(dǎo)體器件的制造，特別涉及包括作為有源層的InGaN層的垂直光電結(jié)構(gòu)的制造。

背景技術(shù)

高質(zhì)量III族氮化物薄層的形成給目前的高性能半導(dǎo)體器件造成了嚴(yán)重的問題，所述的高性能半導(dǎo)體器件例如是晶體管器件和光電器件，特別是作為垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的激光器器件。

通常，通過在諸如藍(lán)寶石襯底的晶種襯底(seed?substrate)上外延生長來形成高質(zhì)量III族氮化物薄層，所述外延例如是分子束外延、金屬有機(jī)氣相外延或混合氣相外延。晶種襯底上的外延生長通常涉及高質(zhì)量III族氮化物薄層生長之前的厚的III族氮化物層(通常被稱為過渡層)的生長，其中厚的III族氮化物層有利于提高III族氮化物材料的質(zhì)量。

然后，通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的一些晶片轉(zhuǎn)移工藝，例如鍵合和激光剝離(laser?lift-off)或SMART?Cut^TM工藝，生長的層可以被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)晶片上。通過在晶片轉(zhuǎn)移之后去除厚的過渡層，可以實(shí)現(xiàn)用于制造高質(zhì)量III族氮化物薄層的III族氮化物層的減薄。例如，可以通過研磨、拋光或等離子蝕刻來實(shí)現(xiàn)這種減薄過程。由于過渡層的厚度，III族氮化物材料的受控均勻減薄可能很復(fù)雜，這可能影響高質(zhì)量III族氮化物薄層的厚度均勻性。

被轉(zhuǎn)移的III族氮化物層的缺陷密度對于最終獲得的半導(dǎo)體器件的性能特性至關(guān)重要。形成缺陷的主要原因在于層上的生長表現(xiàn)出不同的晶體結(jié)構(gòu)，即III族氮化物層和外延生長III族氮化物層的晶種層(seed?layer)的晶格常數(shù)不匹配，從而導(dǎo)致III族氮化物層中出現(xiàn)應(yīng)變。

此外，轉(zhuǎn)移的III族氮化物層的應(yīng)變狀態(tài)和極性對于最終獲得的半導(dǎo)體器件的性能特性也至關(guān)重要。這些特性可以包括例如載流子復(fù)合效率。轉(zhuǎn)移的III族氮化物層和后續(xù)有源層之間的應(yīng)變可能影響半導(dǎo)體器件中的內(nèi)部壓電場。此外，轉(zhuǎn)移的III族氮化物層的極性還可能影響半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的壓電場，為了減輕應(yīng)變對內(nèi)部電場的影響，可以利用極性選擇。

III族氮化物薄層代表目前的小規(guī)模光電器件(特別是作為垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的激光器器件)的主要元件。US6,320,206B1公開了一種制造具有晶片鍵合的鋁鎵銦氮結(jié)構(gòu)和反光鏡堆疊的VCSEL的方法。根據(jù)US6,320,206B1的教導(dǎo)，在藍(lán)寶石襯底上生長p摻雜和n摻雜的InAlGaN層，然后該層被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上。在所得到的結(jié)構(gòu)中，InAlGaN層被夾在反光鏡層之間以便獲得VCSEL。

但是，盡管存在目前的設(shè)計工藝，仍需要提供在總體上具有增強(qiáng)的均勻性以及減小的缺陷密度的III族氮化物層，特別是基于III族氮化物層的改進(jìn)的VCSEL。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明著眼于上述需求，并相應(yīng)地提供一種制造方法，包括下列步驟：

a)提供第一襯底和形成在第一襯底上的InGaN晶種層的堆疊，所述InGaN晶種層特別是松弛的InGaN晶種層；以及

b)在InGaN晶種層上生長InGaN層，以便獲得襯底上InGaN結(jié)構(gòu)。

通過在薄的InGaN晶種層上生長InGaN層，特別是松弛的InGaN晶種層，更特別的是極性松弛(relaxed?polar)、半極性松弛(relaxed?semi-polar)或無極性松弛(relaxed?non-polar)的InGaN晶種層，可以獲得襯底上InGaN結(jié)構(gòu)，該襯底上InGaN結(jié)構(gòu)可用于進(jìn)一步制造半導(dǎo)體器件，而無需去除在后續(xù)處理步驟中在其上生長InGaN層的厚層。從而可以獲得具有高均勻性的生長的InGaN層。

所述方法還包括以下步驟：

c)形成覆蓋InGaN層的表面的第一反光鏡層；

d)分離第一襯底；以及

e)形成覆蓋InGaN的相對表面(與第一反光鏡層所覆蓋的表面相對的表面)的第二反光鏡層。

根據(jù)示例的創(chuàng)造性方法還包括：

提供第二襯底，在所述第二襯底上形成有所述第一反光鏡層，特別地，所述第一反光鏡層由分布式布拉格反射器形成；

將襯底上InGaN結(jié)構(gòu)鍵合到形成在所述第二襯底上的所述第一反光鏡層上；

分離所述第一襯底并去除InGaN晶種層，以便暴露InGaN層的表面；以及

在InGaN層的暴露表面上形成所述第二反光鏡層，特別地，所述第二反光鏡層由分布式布拉格反射器形成。

可選地，包括反光鏡層的結(jié)構(gòu)可以通過以下步驟獲得：

在InGaN層上形成第一反光鏡層；