[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

公开了一种化合物半导体(compound semiconductor)器件，该化合物半导体器件具有生长在其上涂覆有球形球的衬底上的化合物半导体薄膜。还公开了制造该化合物半导体器件的方法。

背景技术

已知氮化镓(GaN)是可用于蓝光发光器件或高温电子器件的材料。但是，制造GaN单晶衬底并不容易。由于GaN固体具有非常高的熔点(72000℃)和/或可在熔融前分解为Ga和N₂，因而GaN晶体不能够利用典型的Czochralski技术从溶液中生长晶体来制造。虽然可以通过将超高电压施加到GaN固体上来形成GaN溶液，但是这种方法在大规模生产方面存在问题。

由于对发射蓝色波长光的发光器件的需求日益增加，氮化物(或GaN基)薄膜变得必不可少。此外，采用各种方法来改进发光器件的发光效率。近年来，横向外延过生长(ELO)法已被用于制造决定内部量子效率的高质量氮化物半导体薄膜。ELO法被用于制造高速器件，例如利用均相外延的蓝色激光二极管、紫外(UV)激光二极管、高温/高输出器件、高电子迁移率晶体管(HEMT)或异质结二极晶体管(HBT)。

在ELO方法中，利用“条纹形”或条纹状SiO₂掩模来减少由衬底和GaN晶体之间的晶格常数和热膨胀系数不同而产生的应力。具体而言，ELO法包括在衬底上生长GaN薄膜。衬底和GaN薄膜随后从反应器中取出并装入沉积装置中。在GaN薄膜上形成SiO₂薄膜。在从沉积装置卸载之后，利用光刻法和蚀刻过程形成SiO₂掩模图案。随后，所得结构再次装入反应器中，并在该结构上形成GaN薄膜。但是，这种ELO法涉及如上所述的复杂过程，包括装载和卸载等许多步骤并且花费大量时间。

ELO法实例公开在名称为“GaN Single Crystalline Substrate and Method ofManufacturing the Same”的日本专利公开出版No.2000-22212中。而且，名称为“Substrate for Growing GaN，Method of Manufacturing the Same，and Method ofManufacturing the GaN Substrate”的韩国专利公开出版No.10-2004-0101179介绍了一种利用ELO法和缺陷掩模法生长低电位GaN晶体的方法。另外，名称为“EnhancedProcess of Manufacturing Nanoporous Silica Thin film”的韩国专利公开出版No.10-2001-0020287提出一种在衬底上制造纳米多孔绝缘层的方法。

发明内容

公开了一种化合物半导体器件，该化合物半导体器件具有在涂覆有球形球的衬底上生长的化合物半导体薄膜。

还公开了一种制造化合物半导体器件的方法，其中球形球被涂覆在衬底上并且化合物半导体薄膜选择性生长在涂覆有球形球的衬底上，使得可以简化整个制造过程并且可以在短时间内生长化合物半导体薄膜。

所公开的化合物半导体器件包含：衬底；排列在衬底上的多个球形球；和配置在球形球之间和球形球之上的化合物半导体薄膜，该薄膜发射紫外(UV)光、可见(V)光和红外(IR)光中的一种。

在一个实施方案中，化合物半导体器件还可以包含配置在衬底和化合物半导体薄膜之间的缓冲层，以便通过减少衬底和化合物半导体薄膜之间的结晶体差异来使化合物半导体薄膜中的晶体缺陷密度最小化。在有关实施方案中，化合物半导体薄膜可包含第一化合物半导体薄膜和第二化合物半导体薄膜，其中第一化合物半导体薄膜可以配置在缓冲层之上，第二化合物半导体薄膜可以配置在球形球之间和球形球之上，其中球形球配置在第一化合物半导体薄膜之上。

在一个实施方案中，化合物半导体薄膜包含：如上所述配置在衬底和化合物半导体薄膜之间的缓冲层；排列在化合物半导体薄膜上的多个球形球；和配置在球形球之间和球形球之上的化合物半导体薄膜，所述球形球排列在化合物半导体薄膜之上。

在又一实施方案中，化合物半导体薄膜还包含堆叠在化合物半导体薄膜之上并且由不同于化合物半导体薄膜的材料形成的至少一层化合物半导体薄膜。