[实用新型]半导体晶片

说明书

本公开涉及一种半导体晶片，其包括：含有半极性面的PSS衬底；第一GaN半导体层，外延生长在PSS衬底的半极性面上，并具有第一厚度第二GaN半导体层，外延生长在第一GaN半导体层表面上，具有第二厚度，其中所述第二GaN半导体层与第一GaN半导体层之间有阻断第一GaN半导体层内的穿透位错的氮化硅岛体。

技术领域

本公开涉及一种半导体晶片，尤其涉及一种半导体半极性外延片及其制造方法。

背景技术

与硅一样，III族氮化物材料可生长为高纯度晶体材料。与硅不同，III族氮化物材料通常比硅生长更困难且昂贵，使得直径大于几英寸的III族氮化物材料的块状衬底目前不像块状硅衬底在商业上可行。因此，研究人员已经开发出(并持续开发)用于在硅或其他晶体衬底上外延生长集成电路等级的III族氮化物层的方法。一旦生长，则可使用平面微制造技术在III族氮化物外延层中制造集成器件。目前，氮化镓(GaN)和其他III-V族氮化物材料被广泛认为是用于制造集成器件的理想材料。这些材料通常具有比基于硅的半导体更宽的带隙并且可用于制造在可见光谱的绿色和蓝色区中发射辐射的电光器件(例如，LED和二极管激光器)。另外，由于其宽的带隙，所以当III-V族氮化物材料用于制造集成晶体管时可表现出更高的击穿电压。因此，III-V族氮化物材料对于光电子和高功率电子应用可能是理想的。

最近几年，美国的加州大学圣芭芭拉分校和日本的SONY、SUMITOMO等一些氮化镓(GaN)的研究机构和公司成功地在一些特殊的GaN半极性晶面上制备了高功率、高效率的蓝、绿光发光二极管和激光二极管等。这些GaN的特殊晶面(诸如(2021)、(3031)的晶面)在高效率、低效率衰退(efficiency droop)的发光二极管(LED)以及高功率长波长激光二极管(LD)上有着极大的潜力和优势。由于III-V材料的高质量衬底(substrate)很难获得，因此III-V材料通常异质外延地生长在不同材料的异质(foreign)衬底上。例如，GaN可以生长在蓝宝石衬底上。不过，在异质衬底和III-V材料外延层之间会存在大量的晶格失配，这会导致形成穿透(threading)位错。尤其在PSS衬底上生长的半极性GaN基片(template)、半极性GaN LED以及半极性激光器会存在穿透位错(TD)。穿透位错(TD)在生长的前部区域上显示的更多，穿透位错会恶化使用III-V材料制成的半导体器件的质量，是电流泄漏的源头并且降低LED的性能。为此，人们期望获得一种能够降低外延生长层的穿透位错的衬底晶片以及基于该衬底晶片外延生长形成的半导体器件。

发明内容

本公开旨在解决上述和/或其他技术问题并提供了一种半导体晶片，其包括：含有半极性面的PSS衬底；在PSS衬底的半极性面外延生长的具有第一厚度的第一GaN半导体层；在第一GaN半导体层表面上外延生长的第二厚度的第二GaN半导体层；其中所述第二GaN半导体层与第一GaN半导体层之间有阻断第一GaN半导体层内的穿透位错的氮化硅岛体。

根据本公开的半导体晶片，其中，所述氮化硅岛体的直径为10纳米或小于10纳米。

根据本公开的半导体晶片，其中，PSS衬底的半极性面为(2021)、(2021)、(3031)以及(3031)之一。

根据本公开的半导体晶片，其中，第一GaN半导体层为无掺杂的GaN半导体层，而所述第二GaN半导体层为非掺杂型GaN半导体层、N型GaN半导体层或P型GaN半导体层。