具有夾層結構的氮化物半導體結構和製作具有夾層結構的氮化物半導體結構的方法

2023-09-21 15:51:40

專利名稱：具有夾層結構的氮化物半導體結構和製作具有夾層結構的氮化物半導體結構的方法
技術領域：
本發明涉及半導體結構，並且尤其涉及氮化物半導體結
構和相關方法.
背景技術：
在製作半導體器件的過程中，可以使用與襯底或底層晶 格失配的半導體材料，例如，按照常規GaN被製作在藍寶石襯底、矽 襯底或碳化矽襯底上.GaN的未應變的晶格常數是3. 19，而藍寶石的 未應變的晶格常數是4. 76並且碳化矽的是3. 07.因此，生長在襯底 上的GaN層可能會產生應變.如果情形是這樣並且如果應變的等級超 過某一閾值，則GaN層可能破裂，其可能使所述材料在半導體器件的 使用中不能被接受。另外的困難可能產生於以下事實不同的材料可能具有不 同的熱膨脹係數，其會使材料之間的晶格常數差隨著溫度變化.因此， 在一個溫度下基本上晶格匹配的兩種材料可能在不同的溫度下失配. 此外，由於與底層晶格失配而在生長溫度下壓縮應變的外延層可能在 室溫下拉伸應變，或反之亦然，取決於材料的室溫晶格常數和熱膨脹 係數。製作半導體材料和器件過程中使用的工藝溫度可能很極 端.例如， 一些外延生長過程可能在超過IOOO'C的溫度下執行，而 且器件退火溫度可能甚至更高。因此，工藝溫度和室溫之間的差可能
多達iooox:或以上。除了可能引起破裂外，半導體結構中的應變由於許多其 它原因而可能有害。例如，應變可能使晶片彎曲.外延生長期間的晶 片彎曲可能導致外延層在襯底上生長不均勻，其可能減少有用器件產 率。此外，晶片彎曲可能使半導體製造過程例如平面化和/或切割變 複雜。

發明內容
根據本發明的一些實施例的半導體結構包括第一層氮化 物半導體材料、在所述第一層氮化物半導體材料上的基本弛豫的氮化
物夾層、以及在所述氮化物夾層上的第二層氮化物半導體材料.所述 氮化物夾層具有笫一晶格常數並且可以包括鋁和鎵並且可以利用n型
摻雜劑例如矽和/或鍺進行導電摻雜。所述第一層氮化物半導體材料、 所述氮化物夾層、以及所述第二層氮化物半導體材料一起具有至少大 約O. 5 n邁的厚度.氮化物半導體材料可以具有第二晶格常數，使得 所述第一層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側 可以比所述第二層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層 的另一側更多地拉伸應變.所述第二層氮化物半導體材料可以在所述基本弛豫的氮 化物夾層的一側壓縮應變並且所述第一層氮化物半導體材料可以在 所述基本弛豫的氮化物夾層的另 一側拉伸應變。所述半導體結構可以進一步包括直接在所述基本弛豫的 氮化物夾層上的不連續掩模層.所述不連續掩模層可以包括SiN和/ 或MgN。在一些實施例中，所述不連續掩模層可以包括BN,所述第一層氮化物半導體材料可以在夾層下面具有第一 位錯密度並且所述第二氮化物半導體層可以在夾層上面具有比所述 笫一位錯密度低的笫二位錯密度.所述半導體結構可以包括直接在所述第一氮化物半導體 層上的第二不連續掩模層，並且所述氮化物夾層可以在所述第二不連 續掩模層上。所述氮化物夾層可以用矽以大約lxl019 cm—3到大約lxl021 cm"的濃度進行摻雜。所述氮化物夾層可以包括漸變層和/或多個子 層。所述夾層可以包括多個InAlGaBN: Si/GaN: Si對。所述第一層和第二層氮化物半導體材料的平均應變可以 比不包括所述夾層的相應半導體結構較少地拉伸應變.所述半導體結構可以包括襯底，並且該層氮化物半導體 材料可以在襯底上。該層半導體材料可以具有第一熱膨脹係數並且所 述襯底可以具有笫二熱膨脹係數，所述第二熱膨脹係數可以小於所述 第一熱膨脹係數使得所述第一層氮化物材料在室溫下比在升高的生長溫度下易於更多地拉伸應變。所述夾層可以具有這樣的厚度和電阻率使得所述夾層兩 端的電壓降在大約32 A/cm'的電流密度下可以小於大約0. 1 V，所述 電流密度對應於通過大約250 jimx 250 nm的面積的大約20mA的電流。 所述夾層可以具有大約0.015 pm的厚度以及小於大約2000 ohm-cm 的電阻率.所述氮化物夾層可以包括具有材料組分和摻雜濃度的第 一氮化物夾層，並且所述結構可以進一步包括在所迷笫二層氮化物半 導體材料上的第二氮化物夾層.所述第二氮化物夾層可以包括鋁和鎵 並且可以用矽進行導電摻雜，並且所述第二氮化物夾層可以具有與所 述第一氮化物夾層的材料組分和/或摻雜濃度不同的材料組分和/或 摻雜濃度，第三層氮化物半導體材料在所述第二氮化物夾層上.所述第一氮化物層可以具有第一鎵濃度並且所述第二氮 化物層可以具有第二鎵濃度，所述第二鎵濃度大於所述第一鎵濃度.所述笫一氮化物層可以具有笫一摻雜濃度並且所述第二 氮化物層可以具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜濃度大於所述第一摻 雜濃度. —些實施例提供形成半導體結構的方法。所述方法包括 形成第一層氮化物半導體材料、在所述第一層氮化物半導體材料上形 成基本他豫的氮化物夾 9第一層氮化物半導體材料、所述氣化物夾層、以及所述第二層氮化物
半導體材料可以具有至少大約0. 5 nm的組合厚度.所述氮化物夾層 可以具有第 一晶格常數並且可以包括鋁和鎵並且可以用矽進行導電 摻雜。所述氮化物半導體材料可以具有第二晶格常數使得所述第一層 氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側可以比所述 第二層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的另一側較 少地拉伸應變。所述第二層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物 夾層的一側可以被形成為壓縮應變並且所述第一層氮化物半導體材 料在所述基本弛豫的氮化物夾層的另 一側可以被形成為拉伸應變.所述方法可以進一步包括在形成所述第二層氮化物半導 體材料之前直接在所述基本弛豫的氮化物夾層上形成不連續掩模層， 所述不連續掩模層可以包括SiN和/或MgN。在一些實施例中，所述不 連續掩模層可以包括BN。所述方法可以進一步包括直接在所述第一氮化物半導體 層上形成第二不連續掩模層，氮化物夾層可以形成在所述第二不連續 掩模層上。所述氮化物夾層可以利用矽以大約lxl019 cm—3到大約 lxl021 cm—3的濃度進行摻雜.所述氮化物夾層可以包括漸變層.所述 氮化物夾層可以包括多個子層。形成所述笫一層氮化物半導體材料可以包括在襯底上形 成所述第一層氮化物半導體材料。該氮化物半導體材料可以具有第一 熱膨脹係數並且所述襯底可以具有第二熱膨脹係數，所述第二熱膨脹 係數可以小於所述第一熱膨脹係數使得所迷第二層氮化物材料在室 溫下比在升高的生長溫度下易於更多地拉伸應變。所述第一和第二層氮化物材料在大約700到大約800 "C 範圍內的溫度下可以比在所述第二氮化物層的生長溫度下具有較小 的彎曲.所述夾層可以具有這樣的厚度和電阻率使得所述夾層兩 端的電壓降在大約20 mA的電流下可以小於大約0. 1 V.所述夾層可 以具有大約0.015 pm的厚度以及小於大約2000 ohm-cm的電阻率。形成所述氮化物夾層可以包括在大約800 1C的溫度下形成氮化物夾層.此外，形成所述第一層可以包括將所述第一層形成得
具有小於大約0.5 nm的厚度.所述方法可以進一步包括在所迷第二層氮化物半導體材 料上形成第二氮化物夾層.所述第二氮化物夾層包括鋁和鎵並且可以 利用n型摻雜劑例如矽和/或鍺進行導電摻雜，並且具有大於所述笫一 夾層的鎵濃度的第二鎵濃度.第三層氮化物半導體材料被形成在所述 第二氮化物夾層上。圖l是根據本發明的實施例的半導體結構的側截面困.
本發明的一些實施例在

圖1的截面圖中被示意性地示出. 在本發明的特定實施例中的半導體結構10A包括襯底12，所述襯底 12可以包括例如矽、碳化矽和/或藍寶石，成核層14例如氮化鋁層在襯底12上並且在襯底和該結 構的其餘部分之間提供晶體結構的過渡，碳化矽比藍寶石(Al,03)或 矽具有更接近III族氮化物的晶格匹配，所述藍寶石(Ah03)是用於 III族氮化物器件的非常普遍的襯底材料.所述更接近的晶格匹配可 以比通常可在藍寶石或矽上得到的晶格匹配產生更高質量的III族氮 化物膜.碳化矽也具有很高的導熱性使得碳化矽上的III族氮化物器 件的總輸出功率通常不像相同器件形成在藍寶石上的情況中那樣受 村底的熱耗散限制。而且，半絕緣碳化矽襯底的可用性可以提供器件 隔離和減小的寄生電容。在其中襯底12將被除去的實施例中，矽襯 底可能是合適的，因為大直徑的矽晶片通常是可用的並且矽可能比碳 化矽或藍寶石更容易除去，儘管在此參考矽或碳化矽襯底描述了本發明的一些實施 例，但是本發明的實施例可以利用任何合適的襯底，例如藍寶石、氮 化鋁、氮化鋁鎵、氮化鎵、GaAs、 LGO、 ZnO、 LAO、 InP等，在一些實 施例中，合適的成核層也可以形成在襯底上。適合在本發明的實施例中使用的SiC襯底是由例如本發 明的受讓人Durham， N. C.的Cree， Inc.製造的，並且用於製造SiC 襯底的方法在例如美國專利No. Re. 34, 861 ; No. 4, 946,547; No. 5, 200, 022;和No.6， 218， 680中被描述，在此併入其全部內容作為 參考。類似地，III族氮化物的外延生長技術已經在例如美國專利No. 5,210,051; No. 5, 393, 993; No. 5, 523, 589; No. 5， 292， 501中被 描述，在此併入其全部內容作為參考。在本發明的另外的實施例中，所述襯底可以是例如利用 外延橫向過生長(ELOG)或懸空外延(pendeo-epitaxial )生長技術 製造的GaN基襯底.這種技術的實例在題為"GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR STRUCTURES INCLUDING A LATERAL GALLIUM NITRIDE LAYER THAT EXTENDS FROM AN UNDERLYING GALLIUM NITRIDE LAYER" 的美國專利No. 6， 051， 849、 1988年2月27日提交的題為"GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR STRUCTURES INCLUDING LATERALLY OFFSETPATTERNED LAYERS"的美國專利申請序列號No. 09/525, 721、題為
"METHODS OF FABRICATING GALLIUM NITRIDE SEMICONPUCTOR LAYERS BY LATERAL GROWTH FROM SIDEWALLS INTO TRENCHES, AND GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR STRUCTURES FABRICATED THEREBY"的美國 專利No. 6, 265, 289以及題為"PBNDEOEPITAXIAL GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR LAYERS ON SILICON CARBIDE SUBSTRATES"的美國 專利No. 6， 177, 688中被描述，在此併入其公開的全部內容.另外， 在這樣的生長技術之前可以利用本發明的實施例以便提供氮化鎵基 層，後來的氮化鎵基層被提供在該氮化鎵基層上。此外，在題為"STRAIN COMPENSATED SEMICONDUCTOR STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING STRAIN COMPENSATED SEMICONDUCTOR STRUCTURES"的美國專利No. 6,841 ，OOl中描述的 應變補償技術(在此併入其公開的全部內容)可以與本發明的一些實 施例一起使用，如上所述，本發明的一些實施例可以採用矽襯底。當使 用矽襯底時，最初可以在氬和矽烷(SiH4)或另一種活性矽源的氣氛 中加熱該襯底，其既可以防止/阻止在襯底上形成SiN並且也可以從襯 底除去任何Si02.由於襯底上存在SiN和/或Si02會消極地影響襯底上 生長的層的形態，因此通常期望除去或防止/阻止在襯底上形成SiN 和/或Si02。由矽烷提供的活性矽會消耗任何氧或氮，否則所 述氧或 氮會在加熱和脫附期間與矽襯底反應並且形成非晶/多晶Si02和/或 SiN。添加少量矽烷流也可以防止或減緩矽襯底的腐蝕/分解。由此可 以保持基本純淨的矽襯底表面，允許在其上生長具有比別的方式更小 的拉伸應變(更大的壓縮應變)的更高質量的III族氮化物材料。使矽烷在矽襯底上流動可以與常規矽預處理工藝形成對 比，在常規矽預處理工藝中，在純淨的H2環境中加熱矽襯底以從襯底
除去殘餘的Si02。除了殘餘的Si02外，熱H2氣也會腐蝕其它包含化合物的氧或氮，例如Si02部分或從先前運行殘餘的氮化物沉積物。通過 H2氣體被釋放的氧和/或氮可以被運輸到襯底，在那裡它可以形成新 的沉積物。此外，可以通過H2氣從村底除去矽原子，其會使矽表面變 粗糙。此外，HF腐蝕可以被用來從襯底除去殘餘的Si02。在一些實施例中，少量矽烷流過矽襯底以在脫附溫度下 在Si上獲得大約等於平衡蒸氣壓的蒸氣壓。例如，在0.2個大氣壓和 大約1000t:的溫度下，可以使用SiH,與氫的比率為大約10—7: 1的運
栽氣體。流過太多矽烷可能導致矽沉積並且從而使沉積的in族氮化 物外延層表面更粗糙。代替矽烷或除了矽烷外還可以使用其它矽源例
如Si^、 SiCh、 SiBr4、 Si3N4、反應器部件的塗層、或放置在上遊的 固體矽.再次參考圖1,為了在矽襯底上生長A1N成核層，期望最 初僅流過鋁源氣體，例如三甲基鋁(TMA)，並且然後流過氮源氣體 以形成AIN.通過最初流過鋁源氣體而沒有任何氮源氣體，可以阻礙、 減少或防止在矽村底上形成SiN,可以在例如處於大約IOOOIC到大約 11001C的範圍內的相對高的生長溫度下生長A1N層，如果成核層被生 長得太熱，它可能會具有差的形態.矽襯底上所得到的A1N層可以包 封矽襯底以減少或防止在隨後步驟中襯底中的矽與氮反應形成SiN, 雖然在隨後的處理步驟中可能會沉積SiN，但是它可能是通過源氣體 的反應形成的，而不是通過與矽襯底反應形成的。所述A1N層也可以充當成核層14，其為隨後氮化物半導 體材料的生長提供模板.成核層可以具有大約0.1 jim到大約0.6 的厚度。在一些實施例中，成核層14可以包括多個子層.仍舊參考圖1，半導體結構10包括成核層14上的漸變 層20.漸變層20可以提供從成核層14的晶體結構到不同晶體結構 的過渡.例如，雖然成核層可以包括氮化鋁，但是期望最後在所述結 構上生長GaN層.因此，漸變層20可以提供從AlN到GaN的相對平滑的 過渡，例如，漸變層20可以在成核層14與GaN的界面處從包括Al，Ga卜，N 的組分逐漸變化。在一些實施例中，該漸變可以從x-l (即從A1N)開 始。在其它實施例中，該漸變可以從包括大約30X的GaN (x=0.7)的 合金(alloy)開始變化，在圖IA中示出一些可能的鋁輪廓.正如其中所示的，在層14中鋁濃度是100% (x-l).在一些實施例中，在漸變層20中的 鋁濃度可以從100%到0%逐漸變化，如曲線501所示.在其它實施例 中，鋁濃度可以從較低的百分比例如70% (x-O. 7)向下逐漸變化到 0%,如曲線502所示,
0061]漸變層20的起始鋁組分可能影響結構中的應變.例如， 如果漸變層20的漸變從x-l開始(即從A1N開始)，則在給定溫度下
在所得到的結構中可能會存在太大的壓縮應變，其會使晶片破裂和/ 或斷裂。在較低的鋁組分(例如x-0.7)開始漸變可以使結構具有更 平衡的應變。通常，期望在將會使整個結構中的應變平衡的水平下選 擇漸變層20中的起始鋁百分比使得晶片在給定溫度例如InGaN生長
溫度(在大約70or;到大約800x:的範圍內)下將具有較小彎曲，而
在室溫下不引起太多張應力。參考圖1,在本發明的一些實施例中，在高溫(例如> IOOOX:)下在矽襯底上沉積半絕緣A1N成核層14.接著，在高溫(例 如〉1000X:)下在AlN成核層上沉積半絕緣Al,GahN層以提供漸變層
20.可以調整生長條件(例如溫度、壓強、v/in比率、生長速度、
厚度等)以使漸變層20不與A1N層14一致地應變.優選地，漸變層 20最初將利用相對低的核密度(例如〈10'cnf2)以三維模式開始生長。 正如本領域技術人員根據本公開將理解的是，詳細的生長條件可以根 據反應器幾何形狀而不同，並且因此可以被相應調整以獲得具有期望 特性的AlGaN。在漸變層20上可以提供GaN和/或Al,GawN (x 0. 1) 的氮化物層24. X射線衍射結晶學可以被用來確定所得到的氮化物層 24的應變晶格常數.如果所得到的氮化物層24不具有期望的應變面 內晶格常數，則可以調整氮化物層24的組分和/或生長條件以提供期 望的應變面內晶格常數。為了減小結構10A中的總應變，可以在氮化物層24內提 供一個或多個基本弛豫的夾層30。夾層30具有未應變晶格常數，所述未應變晶格常數與氮化物層24的未應變晶格常數不匹配.特別是， 在生長溫度下夾層30可以具有比氮化物層24的未應變晶格常數小的 未應變晶格常數，弛豫的夾層30本質上可以充當用於隨後外延生長 的準理想襯底層，所述準理想襯底層可以將生長在其上的氮化物材料 的初始應變重新設置(reset)為更壓縮的(較少拉伸)，由於氮化 物層24被生長為大的厚度(例如大約0. 5 ^un或更大)，所以所述層 的材料組分在生長溫度下易於變得更拉伸應變，當材料被冷卻到較冷 的溫度(例如室溫或較冷的材料生長溫度)時，氮化物層24和村底 12之間的熱膨脹係數(CTE)的差可能易於使氮化物層24變得更拉 伸應變，其最後可能導致不合需要的晶片彎曲和/或破裂等級。然而，由於夾層30被生長為氮化物層24內的弛豫層， 生長在夾層30上的該部分氮化物層24至少最初可以比直接在夾層 30下面的該部分氮化物層24更壓縮應變。因此，整個結構的平均應 變會比沒有夾層30的情況更壓縮，因此，當結構10A被冷卻到更低 的溫度時，結構IO可以具有減小的拉伸應變水平，其會減少晶片彎 曲和/或破裂.可以通過選擇合適的材料組分、厚度和生長溫度將夾層 30生長為弛豫層以使夾層30不會假應變到氮化物層24的下面部分， 所述夾層30生長在其上.例如，夾層30的未應變晶格常數可能十分 不匹配氮化物層24的晶格常數(夾層30形成在所述氮化物層24之 上)使得當夾層30達到某個厚度例如大約150nm的厚度時易於破裂。 夾層30的破裂會釋放層中的應變，使它變得他豫。為了具有充分不 匹配的未應變晶格常數以便引起弛豫，夾層30可以包括大約50%或 以上的鋁濃度。此外，大約700t:到大約800 1C的生長溫度可以有助 於夾層30的弛豫。然而，應當理解的是，夾層30並不需要破裂來被弛豫， 取決於用來形成夾層30的生長條件.例如，夾層30可以被形成為具 有高位錯缺陷密度的弛豫層。在一些實施例中，夾層30或其一部分 可以是晶體、多晶、非晶、高度無序和/或這些的組合以提供弛豫層，將被理解的是，在一些實施例中，夾層30可以包括多個 子層和/或可以包括一個或多個漸變層。夾層30可以包括一個或多個 InAIGaBN層.此外，SiN和/或MgN層可以被併入夾層30內，在一些情形下可以用少量P或As取代N。在氮化物層24中提供至少一個夾層30可以改善結構10A 的表面形態。然而，當包括更多的夾層30時結構IOA的表面形態可 能會變得更差。
〖0070在一些實施例中，夾層30可以包括多個lnAIN: Si/GaN: Si 對或lnAIGaN:Si/GaN:Si對。在形成夾層30的過程中，銦(或其它具 有低結合比的材料例如Sn)可以被用作表面活性劑、位錯運動改良劑 和/或點缺陷改良劑，此外，夾層30可以和與AlGaN具有大的晶格失 配的材料例如InN融合(alloy).這種融合可以使所述層更順從 (compliant)和/或可以減小所述層中的應力。夾層30的半導體材料具有與隨後生長的外延層的半導體 材料類似的結構特性(例如類似的晶體結構和取向)，但是具有與氮 化物層24的晶格常數十分不匹配的未應變晶格常數使得形成在夾層 30上的該部分氮化物層24將至少最初是處在壓縮應變下。為了使氮 化物層24處於壓縮應變，夾層30可以具有生長溫度下的未應變晶格 常數，所述未應變晶格常數小於氮化物層24在生長溫度下的未應變 晶格常數。在本發明的特定實施例中，夾層30可以在大約800 "C的 生長溫度下被生長為基本未應變層，並且當所述結構從生長溫度冷卻 時可以在層30中引起應變.在本發明的一些實施例中，夾層30可以包括III族氮化 物，例如AlGaN或AlInGaN。然而，在本發明的其它實施例中，夾層 30也可以包括其它半導體材料，例如SiGe、 GaAs等，在本發明的特 定實施例中，夾層30可以利用摻雜劑例如Si、 Ge和/或Mg進行導電摻 雜。夾層30的厚度可以根據具體半導體結構而變化。例如，對於AlGaN 基夾層，夾層30的厚度可以從大約1 nm到大約l ,.夾層30不應 當如此厚以致在夾層30周圍的更厚的層中引起破裂和/或形成實質 缺陷(substantial defect)。夾層30可以具有這樣的厚度，所述 厚度大到足夠被弛豫但是沒有大到使通過所述結構的垂直導電性不 期望地減小很多。因此，在一些實施例中，夾層30可以具有在大約 10 mn到大約20 nm的範圍內的厚度.在特定實施例中，夾層30可以 包括具有大約15 nm的厚度的AlN。在一些實施例中，夾層30可以包括具有基本均勻的鋁濃度的AlGaN,在另外的實施例中，夾層30可以是Al,GahN層，所述 Al,GahN層在生長期間隨著組分X的減少而漸變使得鋁濃度隨著離襯 底距離的增加而減小。組分的變化可以是線性、非線性和/或階梯式 的。此外，夾層30可以是短周期超晶格的AIN和GaN或AIGaN和AIGaN。在一些實施例中，夾層30可以包括硼(B).在夾層30 中存在硼可以減小夾層30的晶格常數。然而，夾層30中硼的濃度可 以被保持在將會使夾層變成多晶的濃度以下。此外，可以根據器件工作溫度選擇使氮化物層24基本未 應變的溫度.也可以根據中間溫度選擇使氮化物層24基本未應變的 溫度使得應變絕不會超過所述結構在它的整個壽命內將經歷的所有 溫度範圍內的臨界值。也可以根據工藝溫度選擇使氮化物層24基本 未應變的溫度，在所述工藝溫度下重要工藝步驟出現，例如可以用作 利用氮化物層24製造的最後器件的有源層的InGaN量子阱的外延生 長.例如，通常使用氮化物半導體材料來形成包括薄(例如< 50A)InGaN量子阱層的發光器件，所述InGaN量子阱層通常在大約700 "C到大約8001C的範圍內的生長溫度下形成，所述溫度範圍可能小於 GaN的典型生長溫度，InGaN量子阱層可以是發光器件的關鍵特徵，因 為所述InGaN量子阱層的質量和組分可以強烈影響LED發出的光的亮 度和/或波長。晶片彎曲和/或翹曲可能使該薄InGaN層不平坦地形成 在晶片上，其會降低由晶片製造的器件的可用產率，因此，期望定製半導體結構10A中的應變水平使得總的應變水平在InGaN生長溫度下
被減小到可實施的程度、和/或使得晶片在InGaN生長溫度下具有較小
的彎曲.在其它實施例中，期望在室溫下儘可能地減小半導體結 構中的總應變水平以便例如便於晶片切割。通常，可能難以將已經基 本彎曲/翹曲的晶片切割成小片(即鋸成晶片).除了提供垂直傳導外，利用n型摻雜劑例如矽和/或鍺對 夾層30摻雜可以減小夾層的晶格常數，其可以有助於使形成在夾層 30上的該部分氮化物層24最初更多地壓縮應變。因此，期望利用矽 以在大約lxl018 cm—3到大約1x10" cn^的範圍內的濃度對夾層30進 行摻雜。為了在器件工作溫度下獲得更高的電子密度水平，期望夾層 30包括在大約10%到大約90X的範圍內的鎵，在一些實施例中，夾層30在其中可以包括分立部分30A, 所述分立部分30A可以增加夾層30的電導率。分立部分30A可以包括 例如具有比形成夾層30的材料的帶隙低的帶隙和/或可以具有比夾 層30的材料更高的電子密度的材料(例如GaN和/或InGaN)的不連續 的島("點")。在題為 "Group III nitride photonic devices on silicon carbide substrates with conductive buffer interlayer structure"的Edmond等人的美國專利No. 6， 187， 606中更詳細地描述了利用分立晶體部分用於垂直電導率，在此併入其全部內容作為參
考。在一些實施例中，分立部分30A可以是晶體、多晶、非晶、高度 無序和/或這些的組合.在一些實施例中，分立部分30A可以以這樣的量存在 所述量足以增加夾層30的垂直電導率但是所述量小於將會不利地影 響夾層30的應變減小效應和/或氮化物層24的晶體質量的量.在一 些實施例中，分立部分30A可以以大約0.1/jjn^和大約100/jjmZ之間 的量存在，並且在一些情況下可以在大約40/jjn^和大約60/ijmZ之間，在一些實施例中，夾層30可以被用作例如用來刻蝕除去 襯底的刻蝕停層.因此，期望夾層30相對於它形成在其中的氮化物 層24具有刻蝕選擇性。例如，包含A1的夾層30，諸如AIN、 AIGaN、 或AIInGaN,可以被用作GaN或InGaN氮化物層24內的刻蝕停層。例如， 當利用氟基化學物質在合適的條件下幹法刻蝕包含鋁的層時，A1F3 可以形成並且阻擋進一步的刻蝕.在圖2中示出本發明的另外的實施例，其中示出半導體 結構IOB。半導體結構IOB包括如上參考圖1所述的襯底12、成核層 14和漸變層20。半導體結構IOB進一步包括漸變層20上的第一氮化 物層34,所述第一氮化物層34可以包括GaN。通常，當生長所述第 一氮化物層34時，它可能開始壓縮應變，因為GaN的a面晶格常數大 於AlN的a面晶格常數。然而，由於所述第一氮化物層34被生長得較 厚，它可能易於變得更加拉伸應變。為了重置所述結構中的應變以減 小總的拉伸應變水平，可以在所迷第一氮化物層34上形成基本未應 變的夾層40.夾層40可以類似於以上關於圖1所述的夾層30.類似地，可以在夾層40上形成第二可選不連續掩模層 42。所述第二不連續掩模層42可以包括SiN、 MgN、和/或BN並且在 大約90(TC的溫度下生長。所述笫二不連續掩模層42可以被原位或 異位沉積並且在大約20'C到大約IIOO'C的溫度範圍內被沉積.在生長夾層40以及所述可選的第一和第二不連續掩模層 41、 42之後，生長第二氮化物層44.在包括所述第一和/或第二不連 續掩模層42的實施例中，所述第二氮化物層44的材料可以首先生長 在夾層40的表面上，而不是在掩模層42上，由於從夾層40向上生 長可以靠近所述不連續掩模層部分進行，其後氮化物材料可以跨越所 述掩模層部分橫向生長。因為缺陷傾向於垂直傳播比水平傳播更容 易，所以在生長氮化物材料過程中的一些缺陷可以被掩模層42阻擋， 其可以減少所述第二氮化物層44的缺陷密度，最初可以在使橫向生長更快並且因此便於減少缺陷的溫 度下生長所述第二氮化物層44.例如，可以在大約1090'C的溫度下 開始生長所述第二氮化物層44。在所述第二氮化物層44已經在所述
不連續掩模層部分上方結合後，可以調整生長溫度以促進垂直生長，
參考圖3,示出包括厚氮化物層70的結構10C,特別地， 厚氮化物層70可以生長在1 mm厚、直徑為3英寸的(111)矽襯底 12上.通常，對於更大的直徑，襯底12可以更厚。村底12可以包 括通過浮區工藝(FZ)或丘克拉爾斯基(Czochralski) (CZ)工藝形成 的襯底。在襯底12上提供0. 1 ijm厚的AlN成核層14,並且在成核層 14上形成1.7 jjm厚的漸變層20.在一些實施例中，成核層14和漸 變層20的總厚度可以保持大於大約1 jim以減小"火山(volcanoes )" 的出現，所述"火山"指的是其中III族氮化物層中的穿孔允許下面 的矽襯底被暴露並且被腐蝕，可能導致在Si襯底中形成腔(即Si通過 所述III族氮化物層"噴出(erupt)")的區域。晶片的曲率可能受生長反應器內的溫度分布的影響.例 如，期望在更熱的頂棚情形下開始生長成核層14，其可以在生長成 核層期間導致產生更平坦的晶片。在一些實施例中，漸變層20可以從AlN到GaN連續地逐漸變化，在其它實施例中，漸變層20可以從AlGaN到GaN逐漸變化，例 如，漸變層20可以從與成核層14的界面處的Al。.7Ga。.3N到GaN逐漸變 化.漸變層20的組分可以影響整個結構中的總應變。因此，可以鑑 於結構IOC的後來的層的材料組分來選擇漸變層20的組分。在漸變層20上形成氮化物層52、 54A-C和夾層60A-C的 交替堆疊.特別地，在漸變層20上形成具有大約0. 6 ym的厚度的第 一氮化物層52,並且然後在所述笫一氮化物層52上形成夾層60A-C 和氮化物層54A-C的交替堆疊，所述笫一氮化物層52和/或氮化物層 54A-C可以包括GaN。夾層60A-C中的每一個都可以具有大約15 nm的厚度，而 氮化物層54A-C中的每一個都可以具有大約0. 5jjm的厚度.在一些實 施例中，可以形成總計16個夾層/氮化物層對，總厚度為大約8Mm. 氮化物層54A-C可以利用矽以大約4xl0" cm"的摻雜劑濃度進行導電 摻雜，並且夾層60A-C可以利用矽以大約lxl019 cm—3到大約1x10" cm3 的摻雜劑濃度進行導電摻雜。結構IOC的每一個氮化物層54開始壓縮應變，然而，當 每個氮化物層54生長時，它可以變得更拉伸應變.為了減小所述結 構的總應變和/或使結構IOC的總應變較少拉伸，在氮化物層54A-C 之間周期性地形成多個基本弛豫的夾層60A-C以重置結構IOC中的應 變水平。即，在每個基本弛豫的夾層60A-C被形成之後，生長在夾層 60A-C上的下一氮化物層54A-C開始比直接在夾層60之下的材料壓縮 應變(或較小拉伸應變)。因此，當形成整個半導體結構IOC時，它 可以比不包括夾層60A-C的相應結構具有更小的拉伸總應變。為了增加結構IOC的上部中的垂直電導率或為了其它目 的，例如應變更改，夾層60A-C的材料組分、摻雜、和/或其它特性 可以從層到層地改變。例如，在一些實施例中，在結構10C的底部附 近(即在第一GaN層52或襯底12附近)的夾層60A-C可以具有第一 鎵濃度，而所述結構的頂部附近(即在襯底12對面)的夾層60A-C 可以具有第二鎵濃度，所述第二鎵濃度大於所述第一鎵濃度。在一些 實施例中，第一夾層60A可以具有大約20X的鎵濃度，而第三夾層60C 可以具有大約50%的鎵濃度.夾層60A-C的鎵濃度可以影響結構中的應變以及夾層的垂直電導率。例如，具有更大鎵濃度的夾層可以使整個結構更拉伸應 變，但是可以提供更好的垂直電導率。另一方面，具有較低鎵濃度的
夾層60A-C可以具有較低的垂直電導率但是可以使整個結構更小地拉 伸應變，通常，可以期望在所述結構的頂部附近提供更大的垂直電導 率，因為其是結構中可以形成例如LED和/或雷射二極體的器件的部 分。類似地，在一些實施例中，可以期望在所述結構的頂部 附近的夾層60A-C中提供更高的摻雜濃度.因此，在一些實施例中，在夾層60A-C中的鎵濃度可以 隨著夾層60A-C離襯底12的距離的增加而增加.在本發明的另外的實施例中，可以從具有減小或較小拉 伸的總應變的厚氮化物層70除去襯底12.包括研磨和/或刻蝕的襯 底除去技術在本領域中通常是已知的.這樣的實施例可以例如適合在 生長附加半導體結構過程中用作種晶，這些獨立的低應變層可以被用 作種晶用來生長更厚的體晶棒(crystal boule)，所述更厚的體晶 棒又可以被切成晶片並且被用作用來生長器件的襯底。例如，利用 ELOG和/或懸空外延製造技術，可以利用這樣的半導體結構提供GaN 層以便進行製造，在形成上述結構的過程中，許多生長參數會影響器件中 的應變.例如，漸變層20的厚度會影響應變。製造更薄的漸變層20 會導致所得到的氮化物層70的破裂增加.氮化物層54的生長溫度也 可以影響器件中的應變。所述結構的頂部附近的應變可以是單個氮化 物層54的厚度、以及夾層60和氮化物層54的生長溫度的函數.通 常，較低的初始生長溫度會導致改善的形態。參考圖4，示出包括厚氮化物層70D的結構10D.特別 地，厚氮化物層70D可以生長在1咖厚、直徑為3英寸的(111)矽 襯底12上.0. 4jjin厚的AlN成核層14形成在上述襯底12上，並且在 成核層14上形成1到1. 5 jjm厚的漸變Al,Ga卜，N層20D。漸變層20D 的厚度和/或漸變速率會影響結構IOD承受破裂的能力.例如，將漸變厚度減小3倍可能導致破裂。然而，增加漸變厚度超過大約1.7pm 對減少另外可能發生的破裂沒有效.漸變的Al,Ga卜,N層20D可以具有從相對較高的鋁濃度例 如大約75%逐漸變化的組分.因此，在一些實施例中，漸變層20D可 以從與A1N成核層14的界面處的Al。^Ga。.25N開始，並且可以逐漸變化 到組分Al。.2Ga。.gN.將漸變層的起始鋁濃度減小到例如33%可能導致破 裂.此外，將起始鋁濃度減小到67%會導致差的形態.在漸變層20D上形成氮化物層54D和夾層60D的交替堆 疊.特別地，在漸變層120上形成具有大約0. 4 ijni的厚度的笫一GaN 層52D，並且然後在所述第一GaN層52D上形成夾層60D和氮化物層 54D。夾層60D可以具有大約15 n邁的厚度並且可以在大約800'C的溫 度下生長，而氮化物層54D可以具有大約0. 5 jjm的厚度.所述GaN層 可以以例如大約每小時12 ym的相對高的生長速率生長.包括夾層60D 和氮化物層54D的所述堆疊可以被重複例如8次以形成具有超過大約 4 pm的總厚度而不破裂的結構。夾層60D可以利用矽以大約2xl019 cnf3 的濃度進行摻雜，且氮化物層54D可以利用矽以大約4x10" cn^的濃 度進行摻雜，在一些實施例中，包括夾層60D和0. 5jjm厚的氮化物層 54D的所述堆疊可以被重複例如16次以形成具有超過大約8 jjm的總 厚度而不破裂的結構.在開始外延生長前通過在高壓下消除溫度超調量 (temperature overshoot)也會引起破裂，夾層60的厚度也會影響所得到的結構的破裂。例如， 形成20 nm的夾層60可以產生具有負(壓縮)彎曲並且中心無破裂 的外延晶片，而形成10 nm的夾層可以產生具有正(拉伸)彎曲並且 中心無破裂的外延晶片.在最上的氮化物層54D的頂部上以較高的溫度(例如 +40'C)形成另一GaN層可能導致破裂.上述半導體結構的多個生長和/或結構參數會影響最上 的氮4匕物層的合成應變(resulting strain)。例如，氮化物層70 的總厚度、夾層60/氮化物層54對的周期、氮化物層54的生長溫度 和夾層60的生長溫度會對結構中的合成應變有影響。
通常，所得到的外延晶片的曲率(其是所述外延晶片中 應變的結果)可以是所述結構的總厚度以及氮化物層54的生長溫度 的強函數(strong function)。特別地，增加夾層的生長溫度(例如從70(TC到800'C ) 可以使所述結構的最上的氮化物層更加拉伸，而增加氮化物層54的 生長溫度(例如從9651C到985'C)可以使所述結構的最上的氮化物 層更加壓縮應變。此外，將夾層60/氮化物層54對的周期從0. 5 (jm 增加到1 jjm可以使所述結構的最上的氮化物層更加拉伸應變.例如可以通過原子力顯微鏡方法(AFM)測量氮化物層 54中的位錯密度.根據AFM，增加氮化物層54的厚度會減小位錯密 度，而增加夾層的生長溫度(例如從700'C到800'C)會增加位錯密 度.可以例如通過在晶片樣品上執行AFM並且計算晶片的預定面積中 的缺陷數目來測量位錯缺陷。材料的PL強度也可以受多種生長和/或結構特性影響， 例如，增加氮化物層70的總厚度和/或增加氮化物層54的厚度可以 增加材料的藍色PL強度，而增加氮化物層54和/或夾層60的生長溫 度可以減小藍色PL強度。通常，所述藍色PL強度表示材料中的結構缺 陷。因此，通常期望減小藍色PL強度峰值。相比之下，通常期望氮化物材料具有強的帶間(GaN) PL發射.所述帶間PL發射可能最強烈地受夾層60的生長溫度的影響. 特別地，增加夾層生長溫度可以減小材料的帶間PL發射.如上所述，流動的矽烷可以促進比別的方式更壓縮的層的生長。例如，圖6A和6B示出在有和沒有矽烷預處理的情況下對生 長氮化物層的晶片曲率的影響。圖6A的曲線505表示在沒有矽烷預 流動的情形下生長的晶片的曲率。如困6A中所示，在沒有矽烷預流 動的情形下的晶片中的應力趨向於高度拉伸，另一方面，圖6B的曲 線507表示在有1X矽烷預流動的情形下(即在SiH4與氫的比率為大 約1的運栽氣體情形下)生長的晶片的曲率.由困6B顯而易見 的是，在有矽烷預流動的情形下晶片中的應力在生長後較小拉伸應 變，並且實際上在生長過程的重要部分內是壓縮應變。然而，流動太多矽烷可能導致所得到的結構形態差。例 如，1倍的(1X)矽烷流動可以產生平滑的表面形態，如圖7A中所示， 而20倍的(20X)流動可能導致不平坦的表面，如困7B中所示.圖8A和8B示出生長溫度的變化對應變的影響。特別地， 圖8A和8B是類似於圖4中所示結構的結構的曲率的圖，除了夾層60D 和氮化物層54D以1 IJID的周期重複四次以形成具有大約4 ijm的總厚 度的結構以外.對於對應於圖8A的結構，A1N成核層114在大約700 X:的溫度下生長，而氮化物層54D在大約9551C的溫度下生長.對於 對應於圖8B的結構，A1N夾層60D在大約8001C的溫度下生長，而氮 化物層54D在大約9851C的溫度下生長.如圖8A和8B中所示，與圖 8A對應的其中所述層在較低溫度下生長的結構稍微較小的壓縮應變。圖9A和9B示出夾層厚度的變化對應變的影響。特別地， 圖9A和9B是類似於圖4中所示結構的結構的曲率圖，除了在與圖9A 對應的結構中夾層60D的厚度為20 nm，而在與圖9B對應的結構中夾 層60D的厚度為10 mn。如圖9A和9B中所示，與圖9A對應的其中夾 層為20 nm厚的結構表現出指示大壓縮應變的強負曲率，而與圖9B 對應的其中夾層為10 nm厚的結構中的應變較小地彎曲並且在生長期 間具有較低的最大應變.雖然曲率閨例如圖5、 6A、 6B、 8A、 8B、 9A和9B中的那些可以有助於理解根據本發明的一些實施例生長的外延晶片中的應力，但是本領域技術人員將理解的是，例如隨機晶片破裂、非鏡面表面形態、和/或不對稱晶片翹曲的原因可能在曲率圖中產生異常或意外的影響，並且在相同條件下生長的晶片可能產生不同和/或未預料到的結果。因此，在這裡介紹的曲率圖僅是為了示意性的目的而提供的。在附圖和說明書中，已經有本發明的公開的典型實施例，並且，儘管採用了特定術語，但是它們僅是在一般和描述性的意義上被使用並且不用於限制目的，本發明的範圍在後面的權利要求中被陳述。
權利要求
1.一種半導體結構，包括第一層氮化物半導體材料；在所述第一層氮化物半導體材料上的基本弛豫的氮化物夾層，所述基本弛豫的氮化物夾層具有第一晶格常數，其中所述氮化物夾層包括鋁和鎵並且利用n型摻雜劑進行導電摻雜；以及在所述氮化物夾層上的第二層氮化物半導體材料；其中所述第一層氮化物半導體材料、所述氮化物夾層、以及所述第二層氮化物半導體材料一起具有至少大約0.5μm的厚度；並且其中所述氮化物半導體材料具有第二晶格常數，使得所述第一層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側比所述第二層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的另一側更多地拉伸應變。
2. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述第二層氮化物半 導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側壓縮應變並且所述第 一層氮化物半導體材料可以在所述基本弛豫的氮化物夾層的另一側 拉伸應變。
3. 如權利要求1所述的半導體結構，進一步包括 直接在所述基本弛豫的氮化物夾層上的不連續掩模層。
4. 如權利要求3所述的半導體結構，其中所述不連續掩模層包 括SiN和/或MgN。
5. 如權利要求4所述的半導體結構，其中所述第一層氮化物半導體材料在所述夾層下具有第一位錯密度並且所述第二層氮化物半 導體材料在所述夾層上具有比所述第一位錯密度低的第二位錯密度，
6. 如權利要求3所述的半導體結構，其中所述不連續掩模層包 括BN.
7. 如權利要求3所述的半導體結構，進一步包括直接在所述第 一層氮化物半導體材料上的第二不連續掩模層，其中所述氮化物夾層 在所述第二不連續掩模層上.
8. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層利用 矽以大約1x10" cnf3到大約1x10" cnf3的濃度進行摻雜。
9. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層包括漸變層。
10. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層包括多個子層。
11. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述夾層包括多個InAlN:Si/GaN:Si對.
12. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述夾層包括多個 InAlGaN: Si/GaN: Si對，
13. 如權利要求l所述的半導體結構，其中所述第一和第二層 氮化物半導體材料的平均應變比不包括所述夾層的相應半導體結構 較少地拉伸應變.
14. 如權利要求1所述的半導體結構，進一步包括襯底，其中所述第一層氮化物半導體材料在所述襯底上並且其中所述氮化物半導體材料具有第一熱膨脹係數並且所述襯底具有第二熱膨脹係數，所 述笫二熱膨脹係數小於所述第一熱膨脹係數使得所述笫二層氮化物材料在室溫下比在升高的生長溫度下易於更多拉伸應變.
15. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述第二層在室溫下 比在所述第二層的生長溫度下更 &豫。
16. 如權利要求15所述的半導體結構，其中所述第二層在室溫 下基本弛豫。
17. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所迷第一層和所述第 二層在大約700到800 1C的溫度下比在氮化物層的生長溫度下具有 較小的彎曲.
18. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述夾層具有這樣的 厚度和電阻率使得所述夾層兩端的電壓降小於0. 1 V。
19. 如權利要求18所述的半導體結構，其中所述夾層在大約32 A/cn^的電流密度下具有大約0.015 nm的厚度以及小於大約2000 oh邁-cm的電阻率，
20. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層包括 具有材料組分和摻雜濃度的第一氮化物夾層，所述結構進一步包括在所述第二層氮化物半導體材料上的笫二氮化物夾層，其中所述 第二氮化物夾層包括鋁和鎵並且利用n型摻雜劑進行導電摻雜，並且 其中所述第二氮化物夾層具有與所述笫一氮化物夾層的材料組分和/或摻雜濃度不同的材料組分和/或摻雜濃度；以及在所述第二氮化物夾層上的第三層氮化物半導體材料。
21. 如權利要求20所述的半導體結構，其中所述第一氮化物層具有第一鎵濃度並且所述第二氮化物層具有第二鎵濃度，所述第二鎵 濃度大於所述第一鎵濃度。
22. 如權利要求20所述的半導體結構，其中所述第一氮化物層 具有第一摻雜濃度並且所述第二氮化物層具有第二摻雜濃度，所述第 二摻雜濃度大於所述第一摻雜濃度.
23. 如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層在其 中包括多個分立部分，其中所述分立部分具有與所述氮化物夾層的材 料組分不同的材料組分.
24. 如權利要求23所述的半導體結構，其中所述氮化物夾層具 有笫一帶隙並且所述分立部分具有第二帶隙，所述第二帶隙小於所述 第一帶隙，
25. 如權利要求23所述的半導體結構，其中所述分立部分以大 約0. 1/^11112和大約100/jim'之間的量存在於所述氮化物夾層中。
26. 如權利要求23所述的半導體結構，其中所述分立部分的直 徑在0. 01 ,和0. 1 ,之間。
27. —種形成半導體結構的方法，包括 形成笫一層氮化物半導體材料；在所述第一層氮化物半導體材料上形成基本他豫的氮化物夾層， 所述基本他豫的氮化物夾層具有第一晶格常數，其中所述氮化物夾層 包括鋁和鎵並且利用n型摻雜劑進行導電摻雜；以及形成第二層氮化物半導體材料，其中所述第一層氮化物半導體材 料、所述氮化物夾層、以及所述第二層氮化物半導體材料具有至少大 約0. 5 nm的組合厚度；其中 所述氮化物半導體材料具有第二晶格常數使得所述笫一層 氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側比所述第二 層氮化物半導體材料在所述基本他豫的氮化物夾層的另一側較少地 拉伸應變.
28. 如權利要求27所述的方法，其中所述第二層氮化物半導體 材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的一側被形成為壓縮應變並且其中所述第一層氮化物半導體材料在所述基本弛豫的氮化物夾層的另 一側被形成為拉伸應變。
29. 如權利要求27所述的方法，進一步包括 在形成所述第二層氮化物半導體材料之前直接在所述基本弛豫的氮化物夾層上形成不連續掩模層.
30. 如權利要求29所述的方法，其中所述不連續掩模層包括SiN 和/或MgN。
31. 如權利要求29所述的方法，其中所述不連續掩模層包括BN。
32. 如權利要求29所述的方法，進一步包括直接在所述第一氮 化物層上形成第二不連續掩模層，其中所述氮化物夾層形成在所述笫 二不連續掩模層上.
33. 如權利要求27所述的方法，其中所述氮化物夾層利用矽以 大約lxl019 cm"到大約lxl021 cnf3的濃度進行摻雜，
34. 如權利要求7所述的方法，其中所述氮化物夾層包括漸變層。
35. 如權利要求27所述的方法，其中形成所述氮化物夾層包括 形成多個子層。
36. 如權利要求27所述的方法，其中所述氮化物夾層包括多個 InAlN: Si/GaN: Si對。
37. 如權利要求36所述的方法，其中所述氮化物夾層包括多個 InAlGaN:Si/GaN:Si對。
38. 如權利要求27所述的方法，其中形成所述第一層氮化物半 導體材料包括在村底上形成所述第一層氮化物半導體材料，其中所述 氮化物半導體材料具有第一熱膨脹係數並且所述襯底具有第二熱膨 脹係數，所述第二熱膨脹係數小於所述笫一熱膨脹係數使得所述第二 層在室溫下比在升高的生長溫度下易於更多拉伸應變。
39. 如權利要求27所述的方法，其中所述第一層和所述第二層 在大約700到大約800匸的溫度下比在所述氮化物層的生長溫度下 具有較小的彎曲.
40. 如權利要求27所述的方法，其中所述夾層具有這樣的厚度 和電阻率使得所述夾層兩端的電壓降小於大約0.1 V.
41. 如權利要求40所述的方法，其中所述夾層在大約32 A/cm2的電流密度下具有大約0.015 jim的厚度以及小於大約2000 ohm-c邁 的電阻率。
42. 如權利要求27所述的方法，其中形成所述氮化物夾層包括 在大約800 IC的溫度下形成所述氮化物夾層.
43. 如權利要求27所述的方法，其中形成所述第一層包括將所 述第一層形成得具有小於大約0.5 n邁的厚度.
44. 如權利要求27所述的方法，其中所述氮化物夾層包括具有 材料組分和摻雜的笫一氮化物夾層，所述方法進一步包括在所述第二層氮化物半導體材料上形成第二氮化物夾層，其中所 述第二氮化物夾層包括鋁和鎵並且利用n型摻雜劑進行導電摻雜，並 且其中所述第二氮化物夾層具有不同於所述第一氮化物夾層的材料 組分和/或摻雜濃度的材料組分和/或摻雜濃度；並且在所述第二氮化物夾層上形成笫三層氮化物半導體材料。
45. 如權利要求44所述的方法，其中所述第一氮化物層具有第 一鎵濃度並且所述第二氮化物層具有第二鎵濃度，所述第二鎵濃度大 於所述第一鎵濃度，
46. 如權利要求44所述的方法，其中所述第一氮化物層具有第 一摻雜濃度並且所述第二氮化物層具有第二摻雜濃度，所述第二摻雜 濃度大於所述笫一摻雜濃度.
47. 如權利要求27所述的方法，進一步包括在所述氮化物夾層 中形成多個分立部分，其中所述分立部分具有與所述氮化物夾層的材 料組分不同的材料組分，
48. 如權利要求47所述的方法，其中所述氮化物夾層具有第一 帶隙並且所述分立部分具有第二帶隙，所述第二帶隙小於所述第一帶 隙。
49. 如權利要求47所述的方法，其中所述分立部分被形成為以 大約40/>11112和大約60/jim2之間的量存在於所述氮化物夾層中.
50. 如權利要求47所述的方法，其中所述分立部分30A被形成 為具有在0.01 jim和O. 1 ^n之間的直徑'
51. 如權利要求27所述的方法，進一步包括刻蝕所述半導體結 構的層，其中所述氮化物夾層被用作刻蝕停層。
全文摘要
一種半導體結構，包括第一層氮化物半導體材料、在所述第一層氮化物半導體材料上的基本未應變的氮化物夾層、以及在所述氮化物夾層上的第二層氮化物半導體材料。所述氮化物夾層具有第一晶格常數並且可以包括鋁和鎵並且可以利用n型摻雜劑進行導電摻雜。所述第一層和所述第二層一起具有至少大約0.5μm的厚度。所述氮化物半導體材料可以具有第二晶格常數，使得所述第一層在所述氮化物夾層的一側可以比所述第二層在所述氮化物夾層的另一側更多地拉伸應變。
文檔編號H01L21/20GK101627458SQ200880007601
公開日2010年1月13日 申請日期2008年3月4日 優先權日2007年3月9日
發明者A·A·小伯克, A·W·薩克斯勒 申請人:克裡公司