半導體晶片、半導體器件和用於製造氮化物半導體層的方法

2023-05-08 16:46:56 2

半導體晶片、半導體器件和用於製造氮化物半導體層的方法
【專利摘要】本發明涉及半導體晶片、半導體器件和用於製造氮化物半導體層的方法。根據一個實施例，一種半導體晶片包括襯底、AlN緩衝層、基礎層、第一高Ga成分層、高Al成分層、低Al成分層、中間單元和第二高Ga成分層。所述第一層在所述基礎層上提供。所述高Al成分層在所述第一層上提供。所述低Al成分層在所述高Al成分層上提供。所述中間單元在所述低Al成分層上提供。所述第二層在所述中間單元上提供。所述第一層具有第一拉伸應變以及所述第二層具有大於所述第一拉伸應變的第二拉伸應變。備選地，所述第一層具有第一壓縮應變，所述第二層具有小於所述第一壓縮應變的第二壓縮應變。
【專利說明】半導體晶片、半導體器件和用於製造氮化物半導體層的方法
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請基於並主張2012年9月21日提交的第2012-208567號先前日本專利申請的優先權益；此日本專利申請的所有內容在此引入作為參考。
【技術領域】
[0003]在此描述的實施例一般地涉及半導體晶片、半導體器件和用於製造氮化物半導體層的方法。
【背景技術】
[0004]當在由氮化物半導體層和不同於氮化物半導體的材料構成的襯底上形成部件時，因為晶格常數和熱膨脹係數不同，很容易在氮化物半導體層中出現諸如位錯之類的缺陷。當形成氮化物半導體層時，需要製造具有低位錯密度的高質量晶體的技術。

【發明內容】

[0005]根據一個實施例，一種半導體晶片包括襯底、AlN緩衝層、基礎層、第一高Ga成分層、高Al成分層、低Al成分層、中間單元和第二高Ga成分層。襯底具有主表面。AlN的AlN緩衝層在主表面上提供。基礎層在AlN緩衝層上提供，並包括包含Al和Ga的氮化物半導體。第一高Ga成分層在基礎層上提供，並包括包含Ga的氮化物半導體。高Al成分層在第一高Ga成分層上提供，並包括包含Al的氮化物半導體。高Al成分層的Ga成分比率低於第一高Ga成分層的Ga成分比率。低Al成分層在高Al成分層上提供，並包括包含Al和Ga的氮化物半導體。低Al成分層的Ga成分比率低於第一高Ga成分層的Ga成分比率。低Al成分層的Al成分比率低於高Al成分層的Al成分比率。中間單元在低Al成分層上提供。中間單元中從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於高Al成分層的該雜質的濃度和低Al成分層的該雜質的濃度。第二高Ga成分層在中間單元上提供，並包括包含Ga的氮化物半導體。第二高Ga成分層的Ga成分比率高於低Al成分層的Ga成分比率。第一高Ga成分層具有第一拉伸應變，第二高Ga成分層具有大於第一拉伸應變的第二拉伸應變。備選地，第一高Ga成分層具有第一壓縮應變，以及第二高Ga成分層具有小於第一壓縮應變的第二壓縮應變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1A和圖1B是示出根據第一實施例的半導體晶片的示意圖；
[0007]圖2示出了根據第一實施例的半導體晶片；
[0008]圖3A、圖3B和圖3C示出了根據第一實施例的半導體晶片；
[0009]圖4至圖6是示出半導體晶片的特性的圖；
[0010]圖7是示出半導體晶片的特性的圖；[0011]圖8A、圖8B和圖8C是示出根據參考實例的半導體晶片的圖；
[0012]圖9是示出根據第二實施例的用於製造氮化物半導體層的方法的流程圖；
[0013]圖10是示出第二實施例的生長溫度的圖；
[0014]圖11是示出根據第三實施例的半導體晶片的示意圖；以及
[0015]圖12是示出根據第四實施例的半導體晶片的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將參考附圖描述各種實施例。
[0017]附圖是示意性的或概念性的；並且各部分的厚度和寬度之間的關係、各部分之間的尺寸比例等不一定與其實際值相同。進一步，即使對於相同的部分，尺寸和/或比例也可以在附圖之間以不同地示出。
[0018]在本申請的附圖和說明書中，與上面針對附圖描述的那些部件類似的部件以相同的參考標號標記，並且適當地省略詳細描述。
[0019]第一實施例
[0020]圖1A和圖1B是示出根據第一實施例的半導體晶片的示意圖。
[0021]圖1A是示出實施例的半導體晶片110的示意性橫截面圖。圖1B是示出半導體晶片110的Al成分比率(Cai)的圖。
[0022]如圖1A和圖1B所示，根據實施例的半導體晶片110包括襯底10、A1N緩衝層22、基礎層24、第一高Ga成分層30、高Al成分層42、低Al成分層44、中間單元50和第二高Ga成分層60。
[0023]在此，採取與襯底10的第一表面IOa垂直的軸作為Z軸。採取與所述Z軸垂直的一個軸作為X軸方向。採取與所述Z軸和所述X軸垂直的方向作為Y軸。在本申請的說明書中，「層疊」不僅包括被覆蓋以便相互接觸的情況，而且還包括被插入其間的另一個層覆蓋的情況。此外，「在...上提供」不僅包括以直接接觸的方式被提供的情況，而且還包括具有插入其間的另一個層的情況。「內部平面取向」是XY平面取向。
[0024]襯底10的熱膨脹係數小於氮化物半導體的熱膨脹係數。
[0025]襯底10例如為從以下各項中選擇的一種:矽(Si)襯底、碳化矽(SiC)襯底、氧化鋅(ZnO)襯底、磷化鎵(GaP)襯底和磷化銦(InP)襯底。襯底10的熱膨脹係數可以等於或大於氮化物半導體的熱膨脹係數。例如，襯底10可以是藍寶石、砷化鎵(GaAs)。
[0026]襯底10例如可以包括Si襯底。襯底10例如為Si (111)襯底。但是，在實施例中，襯底10例如可以包括Si襯底。襯底10例如為Si (111)襯底。但是，在實施例中，襯底10的平面取向可能不是(111)平面，例如可能是由(Iln) (η是整數)表示的平面取向或者(100)平面。使用(110)平面的襯底10很有利，因為例如矽襯底和氮化物半導體層之間的晶格失配降低。
[0027]可以使用包括氧化物層的襯底作為襯底10。例如，可以使用SOI (絕緣體上矽)襯底作為襯底10。
[0028]在下面，氮化物半導體的c軸基本與層疊方向(Ζ軸)平行。氮化物半導體的a軸基本與Z軸垂直。
[0029]AlN緩衝層22在襯底10的第一表面IOa上提供。AlN緩衝層22是用於氮化物半導體的晶體生長的成核層。例如，AlN緩衝層22的相對於III族元素的Al成分比率是I。AlN緩衝層22例如可以包括氮化鋁(AlN)。
[0030]在AlN和矽之間不會輕易地發生化學反應。通過提供包括與襯底10接觸的AlN的AlN緩衝層22，抑制由於矽和鎵之間的反應等而發生的回熔蝕刻。
[0031]AlN緩衝層22的厚度例如有利地不小於20nm (納米)且不大於400nm，例如大約IOOnm0
[0032]基礎層24在AlN緩衝層22上提供。基礎層24包括包含Al和Ga的氮化物半導體。基礎層24的相對於III族元素的Al成分比率例如有利地不小於0.1且不大於0.9。更有利地不小於0.2且不大於0.6。Al成分比率是Al元素原子數與III族元素原子數的比率。基礎層24的厚度例如有利地不小於IOOnm且不大於500nm，例如大約250nm。
[0033]襯底10側上的基礎層24的Al成分比率可能高於基礎層24上側(下面描述的第一高Ga成分層30側)上的Al成分比率。例如，基礎層24可以包括多個層。例如，基礎層24包括在AlN緩衝層22上提供的第一層、在所述第一層上提供的第二層以及在第二層上提供的第三層。在這種情況下，所述第一層的Al成分比率高於第三層的Al成分比率。
[0034]回熔蝕刻的抑制效應由於基礎層24而增加。在基礎層24的內部形成壓縮應力；並且在晶體生長之後的冷卻過程中，由於氮化物半導體和襯底10之間的熱膨脹係數差異而出現的拉伸應力將減小。
[0035]在層疊多個成分相互不 同的氮化物半導體層的情況下，形成層疊在頂上的氮化物半導體層(例如，基礎層24)，以便匹配沿著第一軸的晶格間距(晶格長度)，所述第一軸與在下面形成的氮化物半導體層(例如，AlN緩衝層22)的第一表面IOa平行。因此，沿著氮化物半導體層的第一軸的實際晶格間距不同於沿著第一軸的未應變晶格間距(晶格常數)。
[0036]在此，將晶格常數視為沿著氮化物半導體的第一軸的未應變晶格間距。將晶格間距視為沿著形成的氮化物半導體層的實際晶格的第一軸的長度。晶格常數例如為物理屬性常數。晶格間距例如為包括在形成的氮化物半導體器件中的氮化物半導體層的實際晶格的長度。晶格間距例如通過X射線衍射測量來確定。
[0037]第一高Ga成分層30在基礎層24上提供。第一高Ga成分層30包括氮化物半導體。第一高Ga成分層30的相對於III族兀素的Al成分比率例如不大於0.01。第一高Ga成分層30例如可以包括氮化鎵(GaN)。
[0038]第一高Ga成分層30的厚度例如不小於100納米且不大於5微米。
[0039]高Al成分層42在第一高Ga成分層30上提供。高Al成分層42包括氮化物半導體。高Al成分層42的Ga成分比率低於第一高Ga成分層30的Ga成分比率。例如，高Al成分層42的相對於III族元素的Ga成分比率不大於0.01。高Al成分層42包括AlxlGa^1N(0〈xl≤1)。例如，高Al成分層42包括A1N。
[0040]高Al成分層42的厚度不小於2nm且不大於50nm。
[0041]低Al成分層44在高Al成分層42上提供。低Al成分層44包括氮化物半導體。低Al成分層44的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率。低Al成分層44的Al成分比率低於高Al成分層42的Al成分比率。低Al成分層44可以包括In。
[0042]低Al成分層44可以包括AlylGai_ylN (0〈yl〈l並且yl〈xl)。低Al成分層44的相對於III族元素的Al成分比率不小於0.2且不大於0.9。低Al成分層44的厚度不小於IOnm且不大於50nm。
[0043]高Al成分層42和低Al成分層44中不摻雜諸如受主或施主之類的雜質。高Al成分層42和低Al成分層44的雜質濃度不大於I X 1018cm_3。因此，低Al成分層44的應變不受雜質的影響。
[0044]現在將描述中間單元50。
[0045]圖2示出了根據第一實施例的半導體晶片。
[0046]圖2示出了半導體晶片110的橫截面SEM (掃描電子顯微鏡)圖。
[0047]如圖2所示，中間單元50在低Al成分層44上提供。中間單元50中從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質濃度高於高Al成分層42和低Al成分層44的雜質濃度。中間單元50包括從SiN、MgN和BN中選擇的一種。在中間單元50由這些材料組成的情況下，氮化物半導體不會直接在中間單元50上外延生長。
[0048]中間單元50的厚度例如薄於高Al成分層42的厚度。在該橫截面SEM圖中，觀察到中間單元50是一個薄於高Al成分層42和低Al成分層44的層。
[0049]中間單元50的厚度例如對應於不小於0.2原子層且不大於3nm。中間單元50從上面基本上部分覆蓋第一高Ga成分層30。儘管無法嚴格測量中間單元50的厚度，但通過中間單元50的形成條件和形成時間來調整中間單元50的厚度。例如，可以通過SMS測量的Si濃度分布，估計中間單元50的厚度。當中間單元50的厚度不小於0.2原子層且不大於3nm時，第二高Ga成分層60基於中間單元50之下的層的結晶度而外延生長。此外，下面描述的第二高Ga成分層60的位錯密度將降低。
[0050]圖3A、圖3B和圖3C示出了根據第一實施例的半導體晶片。
[0051]圖3A是下面描述的第二高Ga成分層60的生長階段的橫截面SEM圖。
[0052]圖3B是下面描述的第二高Ga成分層60的生長階段的透視SEM圖。
[0053]圖3C是第二高Ga成分層60的生長階段的示意性橫截面圖。在該圖中，箭頭示出第二高Ga成分層60的生長方向。
[0054]如圖3A和圖3B所示，下面描述的第二高Ga成分層60在中間單元50上以島配置生長。第二聞Ga成分層60由於島狀部60a的生長而生長。
[0055]從圖3A和圖3B中，例如按如下方式提供中間單元50。
[0056]如圖3C所示，例如不連續地提供中間單元50。中間單元50具有多個開口 50a，其中暴露高Al成分層42。例如以島配置提供中間單元50。
[0057]認為第二高Ga成分層60通過中間單元50的開口 50a以島配置生長。因此，在生長期間施加到第二高Ga成分層60的壓縮應變將減小，即使第二高Ga成分層60在低Al成分層44上生長，而低Al成分層44具有小於GaN的晶格間距的晶格間距。因此，第二高Ga成分層60具有拉伸應變或小的壓縮應變。
[0058]現在將描述第二高Ga成分層60。
[0059]第二高Ga成分層60在中間單元50上提供。第二 Ga成分層60包括氮化物半導體。第二高Ga成分層60的Ga成分比率高於低Al成分層44的Ga成分比率。第二高Ga成分層60的相對於III族元素的Al成分比率例如不大於0.01。第二高Ga成分層60例如可以包括氮化鎵(GaN)。
[0060]第二高Ga成分層60的厚度例如不小於100納米且不大於5微米。[0061]第二高Ga成分層60的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變。備選地，第二高Ga成分層60的壓縮應變小於第一高Ga成分層30的壓縮應變。備選地，第二高Ga成分層60具有拉伸應變，第一高Ga成分層30具有壓縮應變。因此，第二高Ga成分層60的位錯密度將降低。
[0062]在實施例中，如果半導體晶片110具有上述配置，則第二高Ga成分層60的位錯密度不大於2X 109/Cm2。下面描述了位錯密度的一個實例。
[0063]現在將描述半導體晶片110的晶體畸變。
[0064]半導體晶片110的晶體畸變例如通過下面描述的拉曼光譜確定。
[0065]圖4是示出半導體晶片的特性的圖。
[0066]圖4示出了半導體晶片110的拉曼光譜結果。在該圖中，示出了對應於GaN的拉曼光譜。
[0067]圖4的水平軸是拉曼位移RS (波數(cnT1))。圖4的垂直軸是拉曼散射的強度Ir(任意單位)。
[0068]如圖4所示，當未向GaN施加應力時(當GaN未應變時)，GaN的拉曼位移RS的峰值波數PK為568CHT1。例如，半導體晶片110的第一高Ga成分層30的拉曼位移RS的峰值波數PK為567.6CHT1。與未施加應力時的GaN的拉曼位移RS的峰值波數PK相比，第一高Ga成分層30的拉曼位移RS的峰頻波數PK稍微移向低波數側。第一高Ga成分層30在內部平面方向具有輕微壓縮應變。
[0069]例如，對於半導體晶片110的第二高Ga成分層60，強度Ir具有峰值時的拉曼位移RS為565.9CHT1。與未施加應力時的GaN的拉曼位移RS的峰值波數PK相比，第二高Ga成分層60的拉曼位移RS的峰值波數明顯移向低波數側。第二高Ga成分層60在內部平面方向具有拉伸應變。第二高Ga成分層60朝向低波數側的位移量大於第一高Ga成分層30的位移量。如上所述，第二高Ga成分層60的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變。
[0070]例如，也通過下面描述的X射線衍射測量，確定半導體晶片110的晶體畸變。
[0071]圖5是示出半導體晶片的特性的圖。
[0072]圖5是X射線衍射測量的(11-24)平面的倒易晶格映射圖的實例。
[0073]圖5的水平軸是與層疊方向垂直的方向的(11-20)平面的晶格間距的倒數Qx。Qx是與a軸的晶格間距的倒數成比例的值。
[0074]圖5的垂直軸是與層疊方向平行的方向的(0004)平面的晶格平面間距的倒數Qz。Qz是與c軸的晶格間距的倒數成比例的值。
[0075]為了提高測量值的準確性，例如可以通過根據拉曼光譜獲得GaN層應變，校正測量的峰值位置。例如，可以通過根據生長期間晶片的翹曲變化計算AlN緩衝層應變，校正測量的峰值位置。
[0076]圖5示出了未應變GaN的(11-24)平面的衍射峰值Pg和未應變AlN的(11-24)的衍射峰值Pa。根據維加德定律，連接這些點的虛線Lag示出了對應於未應變AlGaN的Al成分比率的倒易晶格間距的特性。
[0077]在此，在晶體峰值位於虛線Lag下方的情況下，晶體具有壓縮應變。另一方面，在晶體峰值位於虛線上方的情況下，晶體具有拉伸應變。
[0078]圖5示出了 AlN緩衝層22的衍射峰值P22、第一高Ga成分層30的(11-24)平面的衍射峰值P30、高Al成分層42的(11-24)平面的衍射峰值P42、低Al成分層44的(11-24)平面的衍射峰值P44以及第二高Ga成分層60的(11-24)平面的衍射峰值P60。
[0079]例如，衍射峰值P30與衍射峰值Pg基本上在相同位置。因此，第一高Ga成分層30在整個層中平均幾乎沒有壓縮應變。在這種情況下，將抑制在晶體生長之後的冷卻過程中，由於第一高Ga成分層30和襯底10之間的熱膨脹係數不同而出現的拉伸應變。因此，將抑制發生開裂。
[0080]例如，衍射峰值P60在虛線Lag的上側。因此，第二高Ga成分層60具有拉伸應變。衍射峰值P60的Qx低於衍射峰值P30的Qx。因此，第二高Ga成分層60的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸 應變。
[0081]例如，衍射峰值P42在虛線Lag的上側。因此，高Al成分層42具有拉伸應變。
[0082]例如,在圖5中，衍射峰值Pa和衍射峰值P42之間的Qx差異大於衍射峰值Pg和衍射峰值P60之間的Qx差異。高Al成分層42的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變和第二高Ga成分層60的拉伸應變。
[0083]例如，衍射峰值P44位於虛線Lag之上。低Al成分層44的拉伸應變小於高Al成分層42的拉伸應變。衍射峰值P42的Qx值接近於衍射峰值P44的Qx值。例如，低Al成分層44未應變。
[0084]圖6是示出半導體晶片的特性的圖。
[0085]圖6示出了低Al成分層的Al成分通常為0.4至0.6的晶片。
[0086]圖6的水平軸是高Al成分層42的晶格間距和與高Al成分層42具有相同成分的氮化物半導體的未應變晶格間距之間的差與未應變晶格間距的比例S(在下面，稱為拉伸應變的S) (%)。
[0087]圖6的垂直軸是刃位錯的密度Dm (在下面，稱為位錯密度Dm) (cm_2)。根據通過X射線衍射搖擺曲線測量獲取的X射線衍射光譜的半高寬度，計算位錯密度Dm。
[0088]如圖6所示，位錯密度Dm隨著拉伸應變的比例S而向下延伸。從此結果得到，高Al成分層42的拉伸應變和第二高Ga成分層60的拉伸應變之間的差與高Al成分層42的拉伸應變的比例S有利地不小於0.6%且不大於1.4%。通過使比例S在上述範圍內，位錯密度Dm將降低。與此相反，第一高Ga成分層30和第二高Ga成分層60的拉伸應變最多約為0.3%。如果第一高Ga成分層30和第二高Ga成分層60的拉伸應變為0.3%或更高，則開裂密度增加，而實用性降低。通過這種方式，高Al成分層42的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變和第二高Ga成分層60的拉伸應變。
[0089]圖7是示出半導體晶片的特性的圖。圖7示出了高Al成分層42的拉伸應變的比例S通常為0.9至1.2%的晶片。
[0090]圖7的水平軸是低Al成分層44 (AlylGa1^ylN)的Al成分yl。圖7的垂直軸是密度Dm (cm—2)。根據通過X射線衍射搖擺曲線測量獲取的X射線衍射光譜的半高寬度，計算位錯密度Dm。
[0091]如圖7所示，位錯密度Dm隨著低Al成分層44的Al成分yl而向下延伸。從此結果中，低Al成分層44的Al成分有利地不小於0.2且不大於0.8，此外更有利地不小於0.2且不大於0.7。通過使低Al成分層44的Al成分在上述範圍內，位錯密度Dm將降低。
[0092]接下來，現在將比較參考實例，描述根據第一實施例的半導體晶片110的特性。[0093]圖8A、圖8B和圖8C是示出根據參考實例的半導體晶片的圖。
[0094]圖8A是示出第一參考實例的半導體晶片191的視圖。
[0095]圖8B是示出第二參考實例的半導體晶片192的視圖。
[0096]圖8C是示出第三參考實例的半導體晶片193的視圖。
[0097]如圖8A所示，第一參考實例的半導體晶片191與半導體晶片110的區別在於不包括中間單元50、高Al成分層42和低Al成分層44。在第一參考實例中，第二高Ga成分層60與第一高Ga成分層30接觸。
[0098]如圖8B所示，第二參考實例的半導體晶片192與半導體晶片110的區別在於不包括高Al成分層42和低Al成分層44。在第二參考實例中，中間單元50與第一高Ga成分層30接觸。
[0099]如圖8C所示，第三參考實例的半導體晶片193與半導體晶片110的區別在於不包括低Al成分層44。在第三參考實例中，中間單元50與高Al成分層42接觸。
[0100]在此，將第一至第三參考實例的半導體晶片191至193的刃位錯密度與通過下面的條件製造的半導體晶片110進行比較。
[0101]製造半導體晶片110的條件在下面進行描述。
[0102]使用具有(111)平面的Si襯底作為襯底10。
[0103]AlN緩衝層22包括AIN。Al`N緩衝層22的厚度為120nm。
[0104]基礎層24 包括 Al。.5GaQ.5N 的弟一層、Al。.3GaQ.7N 的弟二層以及 Al。.15GaQ.85N 的弟二層。整個基礎層24的厚度例如為550nm。
[0105]第一高Ga成分層30包括GaN。第一高Ga成分層30的厚度為400nm。
[0106]高Al成分層42包括A1N。高Al成分層42的厚度為12nm。
[0107]低Al成分層44包括Ala5Gatl.5N。低Al成分層44的厚度為25nm。
[0108]中間單元50是包括Si的層。中間單元50可以包括SiN。中間單元50的厚度例如為可考慮的0.2原子層至3nm。
[0109]第二高Ga成分層60包括GaN。第二高Ga成分層60的厚度為2微米(μ m)。
[0110]除了上述不同點之外，第一至第三參考實例的半導體晶片191至193的配置類似於半導體晶片110的配置。
[0111]下面介紹根據通過X射線衍射搖擺曲線測量獲取的X射線衍射光譜的半高寬度計算出的第一至第三參考實例的半導體晶片191至193以及通過上述條件製造的半導體晶片110的刃位錯密度。
[0112]第一參考實例的半導體晶片191的刃位錯密度為7.5X 109cm_2。
[0113]第二參考實例的半導體晶片192的刃位錯密度為1.5X 109cm_2。
[0114]第三參考實例的半導體晶片193的刃位錯密度為1.5X 109cnT2。
[0115]相反地，半導體晶片110的刃位錯密度為4.7X108cm_2。因此，在該實施例的半導體晶片110中，刃位錯密度低。
[0116]在第一參考實例中，在第一高Ga成分層30中出現的刃位錯傳播到第二 Ga成分層60。因此，第一參考實例中的刃位錯密度高。
[0117]在第二參考實例中，在第一高Ga成分層30中出現的刃位錯被中間單元50遮蔽。因此，第二參考實例的刃位錯密度低於第一參考實例的刃位錯密度。[0118]同樣在第三參考實例中，刃位錯密度低於第一參考實例的刃位錯密度。
[0119]相反地，發明人發現，具有下面所述的配置的半導體晶片110的刃位錯密度明顯降低。
[0120]在第一實施例的半導體晶片110中，低Al成分層44在高Al成分層42上提供。第二高Ga成分層60的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變。因此，在半導體晶片110中，刃位錯密度明顯低於第一至第三參考實例的半導體晶片191至193的刃位錯密度。
[0121]在第一實施例中，第二高Ga成分層60作為隔離的島狀晶體在低Al成分層44和中間單元50上生長。通過完成作為一個連續層的第二高Ga成分層60的生長，多個島狀晶體相互結合。在這種生長的情況下，在生長第二高Ga成分層60期間施加的壓縮應變減小並且位錯密度明顯降低。在生長之後，由於與襯底的熱膨脹係數存在差別，第二高Ga成分層60具有更大的拉伸應變。
[0122]高Al成分層42在生長期間不能完全弛豫並接收不小於0.6%且不大於1.4%的拉伸應變。為此，高Al成分層42與高Al成分層42之下接觸的層(例如，第一高Ga成分層30)之間的晶格失配因數降低。因此，從高Al成分層42與第一高Ga成分層30之間的界面開始，在高Al成分層42中出現並從高Al成分層42傳播到上層的位錯變小。
[0123]此外，如果具有不小於0.2且不大於0.8的Al成分比率的低Al成分層在具有接收的不小於0.6%且不大於1.4%的拉伸應變的高Al成分層42上生長，則在生長期間施加的應變減小，並獲取平坦的低Al成分層44。這樣使得第二高Ga成分層60很容易作為隔離的島狀晶體在低Al成分層44和中間單元50上生長，並且使得位錯很難從下面傳播到第二高Ga成分層60。
[0124]在第三參考實例中，由於不包括低Al成分層44，因此中間單元50在具有差平坦度的高Al成分層42上生長。可以認為這造成了屏蔽中間單元50中的位錯的劣化的效果。在具有差平坦度的高Al成分層42上和形成於高Al成分層42上的中間單元50上生長的第二高Ga成分層60很難成為島狀晶體，並且易於平坦化。這不會降低位錯密度並且很容易施加壓縮應變。
[0125]在第二參考實例中，不包括低Al成分層44和高Al成分層42。為此，第二高Ga成分層60很難成為島狀晶體，並且易於平坦化。為此可以認為充當中間單元50的基礎層的層是第一高Ga成分層30，並且第二高Ga成分層60的晶格間距與第一高Ga成分層30的晶格間距之間的差異是小的。因此，很難降低位錯密度。
[0126]一般而言，在實施例中，插入到高Ga成分層中被稱為高Al成分層42的含Al層主要用於抑制開裂。也就是說，它用於將壓縮應變施加到該含Al層之上的高Ga成分層。為此，在高Ga成分層中，含Al層下側上的拉伸應變大於含Al層上側上的拉伸應變。
[0127]但是，在實施例中，第二高Ga成分層60作為島狀晶體層在高Al成分層42、低Al成分層44和中間單元50上生長。因此，位錯密度明顯降低。在實施例中，第二高Ga成分層60上的拉伸應變變得大於第一 Ga成分層30上的拉伸應變。
[0128]此外，一般而言，對應於高Al成分層42的層被稱為「中間層」，已經公開，高Al成分層42基本被弛豫。但是，實施例中的高Al成分層42具有較大的拉伸應變。可以認為這導致形成具有平坦度的低Al成分層44，使得第二高Ga成分層60很容易作為島狀晶體生長，並且明顯降低位錯密度。[0129]另一方面，在實施例中，由於第二高Ga成分層60具有拉伸應變，因此傾向於可能發生開裂。可通過增加第一高Ga成分層30和基礎層24的壓縮應變來抑制開裂發生。雖然依賴於壓縮應變強度，可通過將第一高Ga成分層30的厚度與基礎層24的厚度之和設定為大於第二高Ga成分層60的厚度，以及將生長之後的襯底的翹曲設定為大體平坦來抑制開裂發生。為此，第二高Ga成分層60的拉伸應變變得大於第一高Ga成分層30的拉伸應變。
[0130]第二實施例
[0131]圖9是示出根據第二實施例的用於製造氮化物半導體層的方法的流程圖。
[0132]圖10是示出第二實施例的生長溫度的圖。在該圖中，加熱過程和冷卻過程未示出。
[0133]如圖9所示，根據第二實施例的用於製造氮化物半導體層的方法包括形成AlN緩衝層(步驟S101)，形成基礎層(步驟S102)、形成第一高Ga成分層(步驟S103)、形成高Al成分層(步驟S104)、形成低Al成分層(步驟S105)、形成中間單元(步驟S106)，以及形成第二高Ga成分層(步驟S107)。在此，氮化物半導體層至少包括第二高Ga成分層60。現在將描述詳細說明。
[0134]首先 ，如圖10所示，在時間^至時間丨2之間執行AlN緩衝層的形成(步驟S101)。AlN緩衝層22在第一溫度Tgl下在襯底10上形成。第一溫度Tgl例如不小於500° C且不大於1000° C。例如，第一溫度Tgl為600° C。
[0135]然後，在時間t2至時間&之間執行基礎層的形成(步驟S102)。包括包含Al和Ga的氮化物半導體的基礎層24在第二生長溫度Tg2下在AlN緩衝層22上形成。第二生長溫度Tg2不小於500° C且不大於1200° C。例如，第二生長溫度Tg2為1050° C。基礎層24的Al成分比率例如有利地不小於0.1且不大於0.9，更有利地不小於0.2且不大於0.6。基礎層24例如包括Al。.5Ga0.5N的第一層、Al。.3Ga0.7N的第二層以及Al。.15Ga0.85N的第三層。整個基礎層24的厚度例如為550nm。
[0136]接著，在時間t3至時間14之間執行第一高Ga成分層的形成(步驟S103)。包括氮化物半導體的第一高Ga成分層30在基礎層24上形成。例如，第一高Ga成分層30為GaN。
[0137]作為第一高Ga成分層30的生長溫度的第三生長溫度Tg3 (第一溫度)例如有利地不小於1000° C且不大於1200° C，例如，約為1130° C。
[0138]第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距小是有利的，因為當第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距減小時，施加到第一高Ga成分層30的壓縮應變增加。
[0139]第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距例如根據氨分壓變化。例如，第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距隨著氨分壓增加而減小。氨分壓例如有利地不小於0.2且不大於 0.5。
[0140]第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距例如根據V族原子的源材料氣體與III族原子的源材料氣體的比率(V/III比率)變化。例如，第一高Ga成分層30的a軸的晶格間距隨著V/III比率增加而減小。V/III比率例如有利地不小於4000且不大於15000。
[0141]然後，在時間t4至時間t5之間執行高Al成分層的形成(步驟S104)。包括氮化物半導體的高Al成分層42在第一高Ga成分層30上形成。高Al成分層42的Ga成分比率低於第一高Ga成分層30的Ga成分比率。[0142]作為高Al成分層42的生長溫度的第四生長溫度(第二溫度)低於第三生長溫度
Tg3。
[0143]第四生長溫度Tg4例如不小於500° C且不大於1100° C，更有利地約為800° C。
[0144]當第四生長溫度Tg4低於500° C時，很容易引入雜質。而且還會生長立方晶體AlGaN等；從而大量發生不希望的晶體位錯。然後，高Al成分層42的晶體質量不希望地過度劣化。當生長溫度Tg4高於1100° C時，高Al成分層42中可能發生不希望的開裂。
[0145]高Al成分層42的拉伸應變有利地大於第一高Ga成分層30的拉伸應變和第二高Ga成分層60的拉伸應變。例如，高Al成分層42有利地通過下面所述的條件形成。
[0146]例如，氨分壓有利地不小於0.01且不大於0.2,更有利地不小於0.02且不大於0.15。
[0147]例如，V/III比率有利地不小於1000且不大於40000，更有利地不小於2000且不大於20000。通過這些條件生長具有拉伸應變的高Al成分層42。這通過生長期間襯底的翹曲監視器來確認。在生長之後，由於與襯底的熱膨脹係數存在差異，因此進一步施加拉伸應變。在室溫上觀察到的拉伸應變為以無應變狀態為基準的不小於0.6%且不大於1.4%。
[0148]然後，在時間t5至時間t6之間執行低Al成分層的形成(步驟S105)。包括氮化物半導體的低Al成分層44在高Al成分層42上形成。低Al成分層44的Ga成分比率低於第一高Ga成分層30的Ga成分比率。低Al成分層44的Al成分比率低於高Al成分層42的Al成分比率。
[0149]作為低Al成分層44的生長溫度的第五生長溫度Tg5是高於第四溫度Tg4的溫度。第五生長溫度Tg5例如有利地不小於800° C且不大於1200° C，例如，約為1130° C。
[0150]形成低Al成分層44以具有不小於0.2且不大於0.8的Al成分。因此，低Al成分層44在高Al成分層42上生長，具有與高Al成分層42相同或相近的晶格間距。例如，低Al成分層44在無應變或低應變狀態下生長，從而獲取低Al成分層44的平坦表面。
[0151]然後，在時間t6至時間t7之間執行中間單元的形成(步驟S106)。中間單元50在低Al成分層44上形成。中間單元50的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於高Al成分層42和低Al成分層44。中間單元50包括從SiN、MgN和BN中選擇的一種。
[0152]作為中間單元50的生長溫度的第六生長溫度Tg6不小於500° C且不大於1200° C。例如，第六生長溫度Tg6為1000° C。
[0153]中間單元50的厚度例如對應於不小於0.2原子層且不大於3nm。例如，中間單元50的厚度通過控制Si源材料氣體的流量或薄膜形成時間來控制。
[0154]中間單元50例如通過執行步驟SlOl至步驟S105的相同裝置形成。因此，中間單元50僅通過變換所引入的氣體來形成。
[0155]然後，在時間t7至時間18之間執行第二高Ga成分層的形成(步驟S107)。包括氮化物半導體的第二高Ga成分層60在中間單元50上形成。第二高Ga成分層60的Ga成分比率高於低Al成分層44的Ga成分比率。第二高Ga成分層60例如為GaN。
[0156]作為第二高Ga成分層60的生長溫度的第七生長溫度Tg7高於第一溫度Tg4。第二高Ga成分層60的第七生長溫度Tg7例如有利地不小於1000° C且不大於1200° C，例如，約為 1130° C。
[0157]如圖3A和圖3B所示，第二高Ga成分層60以島配置生長。第二高Ga成分層60由於島狀部60a的生長而生長。因此，半導體晶片110中的位錯密度明顯降低。
[0158]在生長期間，第二高Ga成分層60的壓縮應變變得明顯小於第一高Ga成分層30的壓縮應變。因此，第二高Ga成分層60具有拉伸應變或小的壓縮應變。在生長之後，第二高Ga成分層60的拉伸應變大於第一高Ga成分層30的拉伸應變。備選地，在生長之後的第二高Ga成分層60的壓縮應變小於第一高Ga成分層30的壓縮應變。備選地，在生長之後的第二高Ga成分層60具有拉伸應變，而第一高Ga成分層30具有壓縮應變。
[0159]第二高Ga成分層60的生長條件例如類似於第一高Ga成分層30的生長條件。第二高Ga成分層60通過在低Al成分層44和中間單元50生長而具有上述應變。
[0160]通過上述過程，形成半導體晶片110。
[0161]第三實施例
[0162]圖11是示出根據第三實施例的半導體晶片的示意圖。
[0163]根據第三實施例的半導體晶片120包括襯底10、A1N緩衝層22、基礎層24、第一壓縮應變存儲層301、高Al成分層42、低Al成分層44、中間層50和第二高Ga成分層30。
[0164]根據第三實施例的半導體晶片120包括第一壓縮應變存儲層301，第一實施例中的第一高Ga成分層30被第一壓縮應變存儲層301替代。第一壓縮應變存儲層301在基礎層24與高Al成分層42之間提供。第一壓縮應變存儲層301具有這樣的結構:例如四層高Ga成分層30a、30b、30c和30d與例如三層高Al成分層40a、40b和40c交替層疊。
[0165]高Ga成分層30a在基礎層24上提供。高Ga成分層30a包括氮化物半導體。高Ga成分層30a的相對III族元素的Al成分比率不大於0.01。高Ga成分層30a例如包括氮化鎵(GaN)。高Ga成分層30a的厚度有利地不小於30nm且不大於2 μ m，例如為400nm。壓縮應變被施加給高Ga成分層30a。壓縮應變隨著高Ga成分層30a的厚度增加而減小。高Ga成分層30a可在保持壓縮應變的範圍內增厚。
[0166]高Al成分層40a在高Ga成分層30a上提供。高Al成分層40a包括氮化物半導體。高Al成分層40a的Ga成分比率低於高Ga成分層30a的Ga成分比率。例如，高Al成分層40a中的相對於III族元素的Ga成分比率不大於0.01。高Al成分層40a包括AlxlGa^1N(o〈xl≤I)。例如，高Al成分層40a包括A1N。高Al成分層40a的厚度不小於2nm且不大於50nm,例如為12nm。
[0167]高Ga成分層30b在高Al成分層40a上提供。高Ga成分層30b包括氮化物半導體，可以具有與高Ga成分層30a相同的成分，例如包括GaN。高Ga成分層30b可以具有與高Ga成分層30a相同的厚度，例如400nm。壓縮應變像施加給高Ga成分層30a那樣施加給高Ga成分層30b。
[0168]之後，以同樣的方式，高Al成分層40b、高Ga成分層30c、高Al成分層40c和高Ga成分層30d按此順序層疊。這將壓縮應變存儲在第一壓縮應變存儲層301中。在實施例中，高Ga成分層30a、30b、30c和30d的厚度被視為與高Al成分層40a、40b和40c的厚度相同，但是可以在獲取壓縮應變的範圍內變化。
[0169]類似於第一實施例，依次提供高Al成分層42、低Al成分層44、中間單元50，以及第二高Ga成分層60。
[0170]第二高Ga成分層60的拉伸應變大於高Ga成分層30d的拉伸應變。備選地，第二高Ga成分層60的壓縮應變小於高Ga成分層30d的壓縮應變。備選地，第二高Ga成分層60具有拉伸應變，以及高Ga成分層30d具有壓縮應變。這樣降低第二高Ga成分層60中的位錯密度。
[0171]該實施例的半導體晶片120的刃位錯密度為4.8 X IO8Cm-2。在該實施例的半導體晶片120中，與半導體晶片110相比，高Al成分層42之下的壓縮應變層是厚的。為此，與半導體晶片110相比，開裂出現被抑制的晶片較容易製造。
[0172]在實施例中，四層高Ga成分層與三層高Al成分層交替層疊的結構實例被示出作為第一壓縮應變存儲層301，但是可以層疊不同於上述層數的層。第一壓縮應變存儲層301可以具有多個高Ga成分層與多個高Al成分層交替層疊的結構。
[0173]第四實施例
[0174]圖12是示出根據第四實施例的半導體晶片的示意圖。 [0175]根據該實施例的半導體器件130包括諸如半導體發光器件、半導體光接收器件、電子器件等之類的半導體裝置。半導體發光器件例如包括發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)等。半導體光接收器件例如包括光電二極體。電子器件包括例如高電子遷移率電晶體(HEMT )、異質結雙極電晶體(HBT )、場效應電晶體(FET )、肖特基勢壘二極體(SBD )等。在該實例中，半導體器件130為半導體發光器件。
[0176]半導體器件130在第三實施例的半導體晶片120上形成。半導體器件130包括功能層70。
[0177]功能層70例如包括η型半導體層72、發光層74以及ρ型半導體層76。η型半導體層72在半導體晶片120上提供。
[0178]發光層74在η型半導體層72上提供。發光層74例如包括多個GaN勢壘層以及在勢壘層之間提供InGaN (例如，Inai5Gaa85N)層。發光層740具有MQW (多量子阱)結構或SQff (單量子阱)結構。
[0179]P型半導體層76在發光層74上提供。同樣,ρ_電極(未不出)可以在P型半導體層76上提供。η-電極(未示出)可以提供為與η型半導體層72接觸。
[0180]功能層70的厚度例如有利地不小於I微米(μπι)且不大於5μπι，例如約為
3.5 μ m0
[0181]存在半導體器件130在去除襯底10的狀態下使用的情況。另外還存在半導體器件130在例如去除襯底10至第一壓縮應變存儲層301的層的狀態下使用的情況。存在半導體器件130在去除功能層70的一部分的狀態下使用的情況。
[0182]半導體器件130例如可以用於氮化鎵(GaN)HEMT (高電子遷移率電晶體)氮化物半導體器件。在這種情況下，功能層70例如具有不包括雜質的未摻雜AlzlGai_zlN(0≤zl≤I)層和未慘雜或η型Alz2Ga1I2N (O ^ z2 ^ I並且ζ 1〈ζ2)層的層置結構。
[0183]根據第四實施例，半導體器件130的功能層70在半導體晶片120上形成。半導體晶片120的位錯密度降低。因此，半導體器件130的操作特性得到提升。在半導體器件130為半導體發光器件的情況下，發光效率增加。在半導體器件130為電子器件的情況下，載流子遷移率或響應速率增加。半導體器件130的功能層70可以在半導體晶片110上形成。
[0184]根據上述實施例，可以提供具有低位錯密度的半導體晶片和半導體器件，以及製造氮化物半導體層的方法。
[0185]在實施例中，例如，可以使用金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)、金屬有機氣相外延(MOVPE )、分子束外延(MBE )、氫化物氣相外延(HVPE )等生長半導體層。
[0186]例如，在使用MOCVD或MOVPE的情況下，當形成半導體層時，可使用以下源材料。例如，TMGa (三甲基鎵)和TEGa (三乙基鎵)可用作Ga的源材料。例如，TMIn (三甲基銦)、TEIn (三乙基銦)等可用作In的源材料。例如，TMAl (三甲基鋁)等可用作Al的源材料。例如，NH3 (氨)、MMHy (單甲基肼)、DMHy (二甲基肼)等可用作N的源材料。SiH4 (甲矽烷)、Si2H6 (乙矽烷)等可用作Si的源材料。
[0187]在本說明書中，「氮化物半導體」包括化學式BxInyAlzGamN (O≤x≤1、O ≤ y ≤ 1>0 ≤ z ≤ I並且x+y+z ( I)中的所有半導體成分，其中成分比率x、y和ζ分別在各範圍內變化。「氮化物半導體」進一步包括除了上述化學式中的N (氮)之外的其它V族元素、被添加以控制各種性質(例如導電類型等)各種元素以及非故意包括的各種元素。
[0188]在本申請的說明書中，「垂直」和「平行」不僅指示嚴格的垂直和嚴格的平行，而且例如還包括由於製造過程等因素造成的波動。做到基本垂直以及基本平行便足以。
[0189]在上文中，本發明的示例性實施例參考具體實施例進行描述。但是本發明並不限於這些具體實施例。本領域的技術人員可通過使用公知的技術適當地選擇特定的部件配置，以類似的方式實踐本發明；此類實踐包括在本發明的範圍中，由此可獲取類似的效應。
[0190]進一步地，具體實例中的任意兩個或多個部件可在技術允許的情況下進行組合併包括在本發明的範圍中，由此實現本發明的意圖。
[0191]此外，到包括本發明的精神的程度的本領域的技術人員根據上面的發明實施例中描述的半導體晶片、半導體器件以及用於製造氮化物半導體層的方法適當地修改設計而實踐的所有半導體晶片、半導體器件以及用於製造氮化物半導體層的方法也位於本發明的範圍內。
[0192]本領域的技術人員可構想位於本發明精神內的各種其它變化和修改，將理解，此類變化和修改也包包含在本發明的範圍內。
[0193]儘管已經描述了特定的實施例，但是提供這些實施例只是為了舉例，並非旨在限制本發明的範圍。實際上，可通過各種其它形式實現此處描述的新穎實施例；此外，在不偏離本發明的精神的情況下，可以對此處描述的實施例的形式作出各種刪減、替換和更改。所附權利要求及其等同物旨在涵蓋這些落在本發明的範圍和精神內的形式或修改。
【權利要求】
1.一種半導體晶片，包括: 具有主表面的襯底； 在所述襯底的所述主表面上提供的AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上提供的基礎層，所述基礎層包括包含Al和Ga的氮化物半導體；在所述基礎層上提供的第一高Ga成分層，所述第一高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體； 在所述第一高Ga成分層上提供的高Al成分層，所述高Al成分層包括包含Al的氮化物半導體，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率； 在所述高Al成分層上提供的低Al成分層，所述低Al成分層包括包含Al和Ga的氮化物半導體，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上提供的中間單元，所述中間單元的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在所述中間單元上提供的第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層包括包含Ga的所述氮化物半導體，所述第二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率， 所述第一高Ga成分層 具有第一拉伸應變，所述第二高Ga成分層具有大於所述第一拉伸應變的第二拉伸應變，或者 所述第一高Ga成分層具有第一壓縮應變，所述第二高Ga成分層具有小於所述第一壓縮應變的第二壓縮應變。
2.—種半導體晶片，包括: 具有主表面的襯底； 在所述襯底的所述主表面上提供的AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上提供的基礎層，所述基礎層包括包含Al和Ga的氮化物半導體；在所述基礎層上提供的第一高Ga成分層，所述第一高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體； 在所述第一高Ga成分層上提供的高Al成分層，所述高Al成分層包括包含Al的氮化物半導體，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率； 在所述高Al成分層上提供的低Al成分層，所述低Al成分層包括包含Al和Ga的氮化物半導體，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上提供的中間單元，所述中間單元的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在所述中間單元上提供的第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體，所述第二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率，所述第二高Ga成分層具有壓縮應變，並且所述第二高Ga成分層具有拉伸應變。
3.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述襯底的熱膨脹係數小於所述氮化物半導體的熱膨脹係數。
4.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述高Al成分層的拉伸應變大於所述第二高Ga成分層的所述拉伸應變。
5.根據權利要求1的半導體晶片，其中與所述高Al成分層的所述主表面平行的第一軸的晶格間距和與所述高Al成分層具有相同成分的氮化物半導體的所述第一軸的無應變晶格間距之間的差為以無應變晶格間距為基準的不小於0.6%且不大於1.4%。
6.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述第一高Ga成分層具有壓縮應變。
7.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度不大於IX 1018cm_3。
8.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述中間單元的厚度薄於所述高Al成分層的厚度。
9.根據權利要求1的半導體晶片，其中不連續地提供所述中間單元。
10.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述中間單元的厚度不小於0.2原子層且不大於3納米。
11.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述中間單元包括從SiN、MgN和BN中選擇的一種。
12.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述高Al成分層的厚度不小於2納米且不大於50納米。
13.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述低Al成分層的相對於III族元素的Al成分比率不小於0.2且不大於0.8。
14.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述低Al成分層的厚度不小於10納米且不大於50納米。
15.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述第一高Ga成分層的厚度不小於100納米且不大於5微米。
16.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述第二高Ga成分層的厚度不小於100納米且不大於5微米。
17.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述襯底是從Si襯底、SiC襯底、GaP襯底和InP襯底中選擇的一種。
18.根據權利要求1的半導體晶片，其中所述第二高Ga成分層的位錯密度不大於2X109/cm2。
19.一種在半導體晶片上形成的半導體器件， 所述半導體晶片包括: 具有主表面的襯底； 在所述襯底的所述主表面上提供的AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上提供的基礎層，所述基礎層包括包含Al和Ga的氮化物半導體；在所述基礎層上提供的第一高Ga成分層，所述第一高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體； 在所述第一高Ga成分層上提供的高Al成分層，所述高Al成分層包括包含Al的氮化物半導體，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率； 在所述高Al成分層上提供的低Al成分層，所述低Al成分層包括包含Al和Ga的氮化物半導體，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上提供的中間單元，所述中間單元的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在所述中間單元上提供的第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體，所述第 二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率，所述第一高Ga成分層具有第一拉伸應變，所述第二高Ga成分層具有大於所述第一拉伸應變的第二拉伸應變，或者 所述第一高Ga成分層具有第一壓縮應變，所述第二高Ga成分層具有小於所述第一壓縮應變的第二壓縮應變。
20.一種在半導體晶片上形成的半導體器件， 所述半導體晶片包括: 具有主表面的襯底； 在所述襯底的所述主表面上提供的AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上提供的基礎層，所述基礎層包括包含Al和Ga的氮化物半導體；在所述基礎層上提供的第一高Ga成分層，所述第一高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體； 在所述第一高Ga成分層上提供的高Al成分層，所述高Al成分層包括包含Al的氮化物半導體，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率； 在所述高Al成分層上提供的低Al成分層，所述低Al成分層包括包含Al和Ga的氮化物半導體，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上提供的中間單元，所述中間單元的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在所述中間單元上提供的第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層包括包含Ga的氮化物半導體，所述第二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率，所述第二高Ga成分層具有壓縮應變，並且所述第二高Ga成分層具有拉伸應變。
21.一種用於製造氮化物半導體層的方法，包括: 在襯底上形成AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上形成包括包含Al和Ga的氮化物半導體的基礎層； 在第一溫度下在所述基礎層上形成包括所述氮化物半導體的第一高Ga成分層；在低於所述第一溫度的第二溫度下，在所述第一高Ga成分層上形成包括所述氮化物半導體的高Al成分層，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率；在高於所述第二溫度的溫度下，在所述高Al成分層上形成包括所述氮化物半導體的低Al成分層，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上形成中間單元，所述中間單元的從S1、Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在高於所述第二溫度的溫度下，在所述中間單元上形成第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率， 所述第一高Ga成分層具有第一拉伸應變，所述第二高Ga成分層具有大於所述第一拉伸應變的第二拉伸應變，或者 所述第一高Ga成分層具有第一壓縮應變，所述第二高Ga成分層具有小於所述第一壓縮應變的第二壓縮應變。
22.一種用於製造氮化物半導體層的方法，包括: 在襯底上形成AlN的AlN緩衝層； 在所述AlN緩衝層上形成包括包含Al和Ga的氮化物半導體的基礎層； 在第一溫度下，在所述基礎層上形成包括所述氮化物半導體`的第一高Ga成分層； 在低於所述第一溫度的第二溫度下，在所述第一高Ga成分層上形成包括所述氮化物半導體的高Al成分層，所述高Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的Ga成分比率； 在高於所述第二溫度的溫度下，在所述高Al成分層上形成包括所述氮化物半導體的低Al成分層，所述低Al成分層的Ga成分比率低於所述第一高Ga成分層的所述Ga成分比率，所述低Al成分層的Al成分比率低於所述高Al成分層的Al成分比率； 在所述低Al成分層上形成中間單元，所述中間單元的從Si ,Mg和B中選擇的一種的雜質的濃度高於所述高Al成分層的所述雜質的濃度和所述低Al成分層的所述雜質的濃度；以及 在高於所述第二溫度的溫度下，在所述中間單元上形成第二高Ga成分層，所述第二高Ga成分層的Ga成分比率高於所述低Al成分層的所述Ga成分比率， 所述第二高Ga成分層具有壓縮應變，以及 所述第二高Ga成分層具有拉伸應變。
23.根據權利要求21的方法，其中所述襯底的熱膨脹係數小於所述氮化物半導體的熱膨脹係數。
24.根據權利要求22的方法，其中所述襯底的熱膨脹係數小於所述氮化物半導體的熱膨脹係數。
【文檔編號】H01L21/205GK103681794SQ201310206392
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年5月29日 優先權日:2012年9月21日
【發明者】原田佳幸, 彥坂年輝, 吉田學史, 洪洪, 杉山直治, 布上真也 申請人:株式會社 東芝