半导体器件及其制造方法

技术领域

本发明一般涉及半导体器件。更具体地，本发明涉及一种具有缓冲层的高电子迁移率晶体管(HEMT)半导体器件，该缓冲层具有III族元素的振荡浓度。

背景技术

近年来，对高电子迁移率晶体管(HEMT)的深入研究已普遍用于半导体器件，例如大功率开关和高频应用。HEMT利用具有不同带隙的两种材料之间的异质结界面来形成量子阱状结构，该结构容纳二维电子气(2DEG)区、满足大功率/频率器件的需求。除了HEMT之外，具有异质结构的器件的示例还包括异质结双极晶体管(HBT)、异质结场效应晶体管(HFET)和调制掺杂FET(MODFET)。目前，需要提高HEMT器件的成品率，从而使它们适合于大规模生产。

发明内容

根据本公开的一个方面，一种半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、源极/漏极(S/D)电极和栅极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括III-V族化合物，该III-V族化合物包括第一元素。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。振荡函数的相邻峰之间的间距相对于缓冲层内的第一参考点从宽变到窄。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而在第一氮化物基半导体层与第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上，其中栅极在S/D电极之间。

根据本公开的一个方面，一种半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、源极/漏极(S/D)电极和栅极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括III-V族化合物，该III-V族化合物包括第一元素。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。振荡函数的相邻峰之间的间距相对于缓冲层内的第一参考点从窄变到宽。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而在第一氮化物基半导体层与第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上，其中栅极在S/D电极之间。

根据本公开的一个方面，一种半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、源极/漏极(S/D)电极和栅极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括III-V族化合物，该III-V族化合物包括第一元素。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。缓冲层内第一参考点和第二参考点之间的第一振荡速率大于缓冲层内第二参考点和第三参考点之间的第二振荡速率。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而在第一氮化物基半导体层与第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上，其中栅极在S/D电极之间。

根据本公开的一个方面，一种半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、源极/漏极(S/D)电极和栅极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括III-V族化合物，该III-V族化合物包括第一元素。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。缓冲层内第一参考点和第二参考点之间的第一振荡速率小于缓冲层内第二参考点和第三参考点之间的第二振荡速率。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而在第一氮化物基半导体层和第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上，其中栅极在S/D电极之间。

根据本公开的一个方面，一种半导体器件包括衬底、成核层、缓冲层、第一氮化物基半导体层、第二氮化物基半导体层、源极/漏极(S/D)电极和栅极。成核层包括组合物，该组合物包括第一元素，并且成核层设置在衬底上并与衬底形成界面。缓冲层包括III-V族化合物，该III-V族化合物包括第一元素。缓冲层设置在成核层上并与成核层形成界面。缓冲层具有的第一元素的浓度在缓冲层内振荡，使得第一元素的浓度作为缓冲层的厚度内的距离的振荡函数而变化。缓冲层每单位厚度的第一元素的浓度的振荡速率相对于缓冲层内的第一参考点而变化。第一氮化物基半导体层设置在缓冲层上并与缓冲层形成界面。第二氮化物基半导体层设置在第一氮化物基半导体层上，并且第二氮化物基半导体层的带隙大于第一氮化物基半导体层的带隙，从而在第一氮化物基半导体层和第二氮化物基半导体层之间形成具有二维电子气(2DEG)区的异质结。S/D电极和栅极设置在第二氮化物基半导体层上，其中栅极在S/D电极之间。

通过应用上述配置，铝的可变浓度递减式减少和递增式增大，使得铝的可变浓度的趋势可以逆转，这将改变缓冲层曲率的趋势。曲率可以避免变得极正或极负。此外，可以调节振荡速率，使得缓冲层的形成可以符合层设计。因此，在制造半导体器件的过程中提高了其成品率。

附图说明

结合附图阅读以下详细描述，将容易理解本公开的各方面。应注意，各种特征可以不按比例绘制。实际上，为了讨论清楚，可以任意增加或减小各种特征的尺寸。在下文中参考附图更详细地描述了本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的一些实施例的半导体器件的截面图；

图2A是示意性示出根据比较实施例的半导体器件的制造阶段的截面图；

图2B是示出曲率与图2A的半导体器件的缓冲层厚度内的距离关系的图；

图3是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图4是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图5是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图6是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图7是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图8是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图9是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图10是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图11是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图12是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图13是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图14是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图15是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图16是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图17是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图18是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图19是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；

图20是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图；以及

图21A-21H描绘了示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图。

具体实施方式

在附图和详细描述中使用共同的附图标记来表示相同或相似的组件。参考附图，根据以下详细描述将容易理解本公开的实施例。

例如“上面”、“下面”、“上”、“左”、“右”、“下”、“顶”、“底”、“垂直”、“水平”、“侧”、“较高”、“较低”、“上方”、“之上”、“下方”等的空间描述是相对于某一组件或组件组、或者组件或组件组的某一平面来指定的，用于相关图中所示组件的定向。应理解，本文所用的空间描述仅用于说明目的，并且本文所述结构的实际实现可以以任何定向或方式布置在空间中，只要这种布置不偏离本公开实施例的优点。

在下面的描述中，半导体器件/半导体芯片以及其制造方法等被阐述为优选示例。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围和主旨的情况下，可以进行包括添加和/或替换的修改。为了不使本公开难以理解，具体细节可能被省略；但是，撰写本公开是为了使本领域技术人员能够实践本文的教导而无需过多的实验。

图1是根据本公开的一些实施例的半导体器件100的截面图。半导体器件100包括衬底102、成核层104、缓冲层110、氮化物基半导体层120和122、栅极结构124、钝化层130、一对源极/漏极(S/D)电极132和134、钝化层136、通孔138和图案化导电层140。

衬底102的示例性材料可以包括(例如但不限于)Si、SiGe、SiC、砷化镓、p掺杂Si、n掺杂Si、蓝宝石、绝缘体上半导体(例如绝缘体上硅(SOI))或其它合适的衬底材料。在一些实施例中，衬底102可以包括(例如但不限于)III族元素、IV族元素、V族元素或其组合(例如，III-V族化合物)。在其它实施例中，衬底102可以包括(例如但不限于)一个或多个其它特征，例如掺杂区、埋层、外延(epi)层或其组合。

成核层104形成在衬底102上。成核层104可以与衬底102形成界面。成核层104配置为提供用于使III族氮化物材料在其上生长的顶表面。换言之，成核层104形成适当的模板，以从衬底的晶格过渡到更适于III族氮化物材料生长的模板。成核层104可以提供过渡以适应衬底102和将在其顶表面上形成的III族氮化物层之间的失配/差异(例如外延形成)。失配/差异可以指晶格常数或热膨胀系数不同。失配/差异可能导致所形成的层中产生位错，从而降低成品率。成核层104的示例性材料可以包括(例如但不限于)AlN或其合金中的任一种。AlN可以是(例如但不限于)n型掺杂、p型掺杂或本征型。可以选择成核层的材料以消除失配/差异。例如，为了适应由于将在成核层上形成的层中第一元素引起的失配/差异，形成包括第一元素的成核层104。

缓冲层110形成在成核层104上。缓冲层110可以与成核层104形成界面。缓冲层110具有与成核层104接触的最底表面。该界面由缓冲层110的最底表面和成核层104的最顶表面形成。缓冲层110具有与最底表面相对的最顶表面。缓冲层110配置为减少下层和将在缓冲层110上形成(例如，在其上外延形成)的层之间的晶格和热失配，从而消除由于失配/差异引起的缺陷。

缓冲层110包括III-V族化合物。III-V族化合物可以包括(例如但不限于)铝、镓、铟、氮化物或其组合。因此，缓冲层110的示例性材料还可以包括(例如但不限于)AlN、AlGaN、InAlGaN或其组合。在一些实施例中，缓冲层110可以包括两种III族元素，成核层仅具有一种III族元素。例如，成核层包括含铝且不含镓的化合物(例如AlN)，缓冲层110包括含铝和镓的III-V族化合物(例如AlGaN)。

氮化物基半导体层120设置在缓冲层110上。氮化物基半导体层120的示例性材料可以包括(例如但不限于)氮化物或III-V族化合物，例如GaN、AlN、InN、In

选择氮化物基半导体层120和122的示例性材料，使得氮化物基半导体层122的带隙(即禁带宽度)大于氮化物基半导体层120的带隙，这导致它们的电子亲和力彼此不同并在其间形成异质结。例如，当氮化物基半导体层120是带隙约为3.4eV的未掺杂GaN层时，氮化物基半导体层122可以是带隙约为4.0eV的AlGaN层。这样，氮化物基半导体层120和122分别用作沟道层和阻挡层。在沟道层和阻挡层之间的结合界面处产生三角形阱电势，使得电子在三角形阱电势中累积，从而产生与异质结相邻的二维电子气(2DEG)区。因此，半导体器件100可以包括至少一个GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)。

在氮化物基半导体层120不含铝的情况下，形成包括氮化铝镓(AlGaN)的缓冲层110以减少下层(例如衬底102)和氮化物基半导体层120之间的晶格和热失配。为了减少晶格和热失配，当氮化物基半导体层120包括氮化镓(GaN)并且氮化物基半导体层122包括氮化铝镓(AlGaN)时，成核层104和缓冲层可以分别选择包括氮化铝(AlN)和氮化铝镓(AlGaN)。为了说明，本实施例的缓冲层110包括氮化铝镓(AlGaN)，其用于示例性目的，并且本公开不限于此。

虽然如上所述可以形成缓冲层以消除缺陷，但是在缓冲层生长期间过度累积的应力可能会影响将在该缓冲层上形成的层。过度累积的应力将影响半导体器件的成品率。

在这点上，缓冲层110可以具有可变浓度的III族元素以解决这些问题。将III族元素的浓度设计为可变的原因之一是为了防止缓冲层110或在缓冲层110上形成的层(例如氮化物基半导体层120)由于过度累积的应力而弯曲。例如，当缓冲层110包括AlGaN时，缓冲层110可以具有可变浓度的铝。在本文中，可变浓度可以指包括浓度中的增大趋势和减小趋势。可变浓度可以增大，然后减小。可变浓度可以减小，然后增大。该增大可以包括递增式增大。该减小可以包括递减式减小。递增式增大和递减式减小可以导致铝浓度的振荡。在一些实施例中，振荡速率是可调节且可控的，以便适合缓冲层110的期望厚度。

为了说明浓度如何影响成品率，图2A是示意性示出根据比较实施例的半导体器件10的制造阶段的截面图，图2B是示出曲率与图2A的半导体器件10的缓冲层厚度内的距离关系的图。如图2A所示，成核层14、缓冲层16和氮化物基半导体层18和20依次形成在衬底12上。在比较实施例中，成核层14由氮化铝(AlN)制成，缓冲层由氮化铝镓(AlGaN)制成，氮化物基半导体层18由氮化镓(GaN)制成，并且氮化物基半导体层20由氮化铝镓(AlGaN)制成。

图2B的距离可以指距衬底102的顶表面的距离。如图2B所示，有三个阶段I、II和III，其中阶段I是成核层14的形成；阶段II是缓冲层16的形成；阶段III是氮化物基半导体层18的形成。

在阶段I中，随着成核层14的生长，曲率由于成核层的形成期间应力的累积而增大。在阶段II中，形成缓冲层16以消除上述失配/差异。因此，随着缓冲层16生长的进行，缓冲层16的铝浓度逐渐减小而不增大。铝浓度的逐渐减小是为了匹配将在缓冲层上形成的氮化物基半导体层18的性质。经发现，铝浓度的趋势与曲率的趋势相关。即，随着铝浓度连续减小，曲率转向单一方向。因此，在缓冲层16的形成结束时，曲率的程度很大(例如极正的曲率或极负的曲率)。此后，在阶段III中，随着氮化物基半导体层18的生长，曲率沿单一方向连续地发展。最终，这种程度的曲率将导致所形成的层翘曲。例如，一旦在氮化物基半导体层18处发生翘曲，其中就会出现裂纹或空隙22，这降低了氮化物基半导体层18的质量，并且也降低了最终产品的成品率。因此，在制造过程中存在由缓冲层生长引起的曲率问题。在图2A的示例性说明中，裂纹或空隙22可以由晶格失配或热膨胀系数(CTE)失配引起。对于晶格失配，裂纹或空隙22可以从两层之间的界面开始(例如，从衬底13和成核层14之间的界面开始)。对于CTE失配，裂纹或空隙22可以出现在外延层(例如缓冲层16、氮化物基半导体层18或20)内的任何位置处。然而，裂纹或空隙22的出现位置取决于实际情况下的工艺条件。

图1的缓冲层110中III族元素的可变浓度将在缓冲层110形成期间减小其曲率，以便避免氮化物基半导体层120和122具有裂纹或空隙。

通过具有可变浓度的III族元素的缓冲层来避免氮化物基半导体具有裂纹或空隙的原因可以在图3中解释，图3是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层30中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图。在图3中，为了方便参考，在X轴的相应位置上标记缓冲层30的最底表面和最顶表面。X轴处的距离可以指从缓冲层30的最底表面到最顶表面的距离，并且以任意单位表示。Y轴表示缓冲层30中铝的浓度值，其中单位为“％”。

图3的图反映了铝的可变浓度的关系曲线32。如图3所示，术语“铝的可变浓度”可以定义为：铝的浓度作为缓冲层30厚度内的距离的振荡函数而变化。关于“振荡函数”，缓冲层可以包括铝的可变浓度的至少一个递增式增大和至少一个递减式减小。简言之，在图3的示例性说明中，从缓冲层110的最底表面到最顶表面，铝的可变浓度依次递减地减小、递增地增大、递减地减小和递增地增大。

由于存在多于一个递增式增大和多于一个递减式减小，表示缓冲层30中铝的可变浓度的关系曲线32可以具有至少一个周期性振荡部分。即，对缓冲层110的测量可以表明铝的可变浓度具有循环振荡特征。在本文中，术语“循环振荡”可以表示铝的浓度在一定范围内通过交替增大和减小而变化。循环振荡可以包括规则变化或不规则变化，其可以由至少一个波函数组成。在一些实施例中，波函数可以包括(例如但不限于)正弦波、余弦波、三角波、锯齿波(sawtooth wave)、锯波(saw wave)、阶梯波及其组合。在一些实施例中，关系曲线32可以是周期性变化的振荡曲线/循环曲线(即，周期曲线)。

如上所述，曲率的趋势取决于可变浓度是增大还是减小。随着铝的浓度按照“递减地减小，然后递增地增大”和“递增地增大，然后递减地减小”而变化，曲率将相应地变化。

图3的图反映了缓冲层30的曲率的关系曲线34。应注意，图3中所示的曲率是示例性的并示意性反映曲率的趋势，曲率的绝对强度可以由于实际条件(例如，过程条件、测量条件或检测条件)的差异而变化。

因为形成了具有可变浓度的铝的缓冲层30，所以铝的可变浓度可以推动曲率的变化。更具体地，在缓冲层30的生长开始时，由于铝的浓度递减地减小，曲率以负趋势变化。即，曲率可以从正态变为负态。其可能因弯曲变化而发生。然后，铝的浓度变为递增地增大，使得曲率的趋势变为正。这种转变可以使曲率减小。即，随着曲率趋势的转变，避免了负曲率进一步变为极负。随着曲率减小，将在缓冲层30上形成的层(例如，氮化物基半导体层)的质量可以改进。这意味着曲率可以在期望的范围内可控。在本文中，期望的范围可以指既不是极正也不是极负。

在关系曲线32结束时，铝浓度将减小到零或接近零，以便继续形成将设置在缓冲层30上的层(例如，不含铝的氮化物基半导体层)。

图4是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层40中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图。在图4中，为了方便参考，在X轴的相应位置上标记缓冲层40的最底表面和最顶表面。X轴处的距离可以指从缓冲层30的最底表面到最顶表面的距离，并且以任意单位表示。Y轴表示缓冲层40中铝的浓度值，其中单位为“％”。

图4的图反映了铝的可变浓度的关系曲线42。图4的关系曲线42与图3的关系曲线32相似。在这点上，图4的关系曲线42在振荡函数的相邻峰之间的间距比图3的关系曲线32中的更窄。即，在缓冲层30和40具有相同厚度的条件下，图4的关系曲线42可以具有比图3的关系曲线32更多的循环。因此，图4的图反映了缓冲层40的曲率的关系曲线44，并且关系曲线44可以具有比图3的关系曲线34更多的循环。

在本公开中，图3和图4之间的差异可以定义为：缓冲层30以比缓冲层40更低的铝振荡速率形成。更具体地，缓冲层30和40在每单位厚度的铝浓度方面具有不同的振荡速率。

为了简化本公开中解释的复杂性，在以下描述中将使用高和低振荡速率，以便陈述如图3和4所示的振荡浓度。

具有这种铝浓度的缓冲层可以通过使用沉积技术来形成。沉积技术可包括(例如但不限于)原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、金属有机CVD(MOCVD)、外延生长或其它合适的工艺。

在形成包括氮化铝镓(AlGaN)的缓冲层的沉积过程期间，将铝、镓和氮前体引入室中的气流中。铝比率(即，铝前体与所有前体的比率)与所形成的缓冲层的铝浓度相关。因此，随着在缓冲层生长期间逐渐改变铝比率，将形成具有可变浓度的铝的缓冲层。例如，通过在缓冲层生长期间随时间降低铝比率，将形成铝的浓度递减地减小的缓冲层。

在一些实施例中，降低铝比率可以通过减小铝前体的量来实现。在一些实施例中，降低铝比率可以通过增加镓前体的量来实现。在一些实施例中，降低铝比率可以通过增加镓比率(即，镓前体与所有前体的比率)来实现。在一些实施例中，降低铝比率可以通过降低铝与镓的比率来实现。相似地，通过在缓冲层生长期间随时间增加铝比率，将形成铝的浓度递增地增大的缓冲层。铝比率每单位时间的降低/增大与铝浓度的振荡速率相关。例如，铝比率每单位时间的降低/增大越快，铝浓度的振荡速率越高。

参考图1和图5，其中图5是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B从成核层104依次堆叠。在一些实施例中，在相邻的两个子层110A和110B之间存在可区分的界面。界面与缓冲层110的最底表面平行。在可选的实施例中，相邻两个子层110A和110B可以合并，因此其间没有可区分的界面。

如图5所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C1由参考点RP1、RP2和RP3标记。如半导体器件100的结构所示，参考点RP1-RP3分别位于距成核层104顶表面的第一、第二和第三距离处，并且第二距离在第一距离和第三距离之间(即，第二距离大于第一距离)。如振荡函数所示，参考点RP1位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP2位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP3位于子层110B中的第一个波峰处。

在缓冲层110内，铝的浓度可以振荡，使得铝的浓度在缓冲层110内相对于参考点RP1递减地减小，然后递增地增大(或递增地增大，然后递减地减小)。

子层110A可以以低振荡速率形成。子层110B可以以高振荡速率形成。这样，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP1从宽变到窄。在这点上，振荡函数相邻峰之间的间距从宽到窄的变化是沿从缓冲层110的最底表面指向最顶表面的方向(即，从成核层104指向氮化物基半导体层120的方向)。换言之，振荡函数相邻波谷之间的间距也可以相对于缓冲层110内的参考点RP1从宽变到窄。

以不同的方式解释，缓冲层110内的参考点RP1和RP2之间的振荡速率小于缓冲层110内的参考点RP2和RP3之间的振荡速率。因此，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的总振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP2而变化。缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP2而增大(即，从低到高)。如振荡函数所示，振荡函数可以在子层110A的厚度间隔I1内从波谷到相邻峰递增地增大；振荡函数可以在子层110B的厚度间隔I2内从波谷到相邻峰递增地增大；并且厚度间隔I1比厚度间隔I2长。

从波形的角度来看，铝的可变浓度与缓冲层110厚度内的距离关系的图具有两条不同的周期曲线。子层110A中的可变浓度是一条周期曲线。子层110B中的可变浓度是另一条周期曲线。在一些实施例中，这两条周期曲线中的每一条都周期性地变化。这两条周期曲线以不同的频率振荡，其中子层110A中的频率低于子层110B中的频率，这是由相邻峰之间的间距从宽变到窄引起的。此外，振荡函数递增式增大和递减式减小的频率也可以升高。换言之，振荡函数可以被认为是具有多个波的波函数，并且波的波长随铝的浓度在缓冲层110内振荡而逐渐变小。

图5的图还反映了缓冲层110的曲率的关系曲线C1'。由于缓冲层110的铝浓度以从低到高的不同振荡速率振荡，缓冲层110的曲率变化也将从低到高。以这种方式，曲率不会变得极正或极负。

缓冲层110的这种形成的原因是为了维持缓冲层110的期望厚度。例如，在形成设置为具有多于四个周期波的缓冲层110期间，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP2处并且发现缓冲层110的其余部分不具有足够的厚度来包含振荡速率低的两个周期波时，可以在参考点RP2处增大振荡速率，使得缓冲层110的其余部分能够包含两个周期波。结果，缓冲层110可以形成为具有匹配的期望厚度，并且铝浓度的周期波可以避免在形成期间应力的累积。

此外，在子层110A或110B中，振荡函数的所有峰可以对应于相同的铝浓度值。在子层110A、110B中，振荡函数的所有波谷可以对应于相同的铝浓度值。这种配置用于简化缓冲层110的形成。

在缓冲层110中，在铝浓度的振荡函数结束时，铝浓度的值减小到零或接近零。厚度间隔可以通过不同的方法形成，使得该间隔的铝浓度变化可以不同于示例性说明，例如不同的梯度或持续厚度。例如，在一些实施例中，该间隔中的铝浓度可以线性和递减地减小。因此，振荡函数起点处的铝浓度大于振荡函数终点处的铝浓度。

当在缓冲层110上进行铝浓度的测量时，除了“递减式减小，然后递增式增大”或“递增式增大，然后递减式减小”之外，测量结果还将示出相邻峰/波谷之间的不同间距。

在一些实施例中，缓冲层110的厚度超过约1μm。缓冲层110的厚度可以根据需要而变化，或者可以基于设计要求而变化。例如，在一些实施例中，半导体器件100可以配置为以相对低的电压条件(例如，约100V或更低)工作，并且缓冲层110的厚度可以在约1μm到约2μm范围内。例如，半导体器件100可以配置为以相对高的电压条件(例如，超过约100V)工作，并且在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以超过约2μm。具有相对较大厚度的缓冲层110可以忍受或承受相对较大的击穿电压。具有相对较大厚度的缓冲层110可以忍受或承受相对较大的垂直击穿电压。半导体器件100的操作电压或工作电压可以与缓冲层110的击穿电压正相关。半导体器件100的操作电压或工作电压可以与缓冲层110的垂直击穿电压正相关。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约1μm到约2μm范围内，以忍受或承受约200V到约500V范围内的击穿电压。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约1μm到约2μm范围内，以忍受或承受约200V到约500V范围内的垂直击穿电压。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约4μm到约10μm范围内，以忍受或承受高达约400V到约2500V的击穿电压。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约4μm到约10μm范围内，以忍受或承受高达约400V到约2500V的垂直击穿电压。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约1μm到约50μm范围内，以忍受或承受约200V到约12,500V范围内的击穿电压。例如，在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以在约1μm到约50μm范围内，以忍受或承受约200V到约12,500V范围内的垂直击穿电压。例如，当施加到半导体器件100的电压上升时，缓冲层110可以具有相对大的厚度。在一些其它实施例中，缓冲层110的厚度可以超过约50μm，以忍受或承受超过约12,500V的击穿电压。

对于HEMT器件，缓冲层是否足够厚是一个重要的因素。如果缓冲层的厚度不足够厚，则会有漏电流流向底部衬底。如果缓冲层的厚度足够厚但不具有如上所述的铝的可变浓度，则在缓冲层或将在缓冲层上形成的层上将出现翘曲问题。在这点上，由于缓冲层110形成为具有如上所述的可变浓度的铝，避免了翘曲问题，并且缓冲层110的厚度可以避免出现漏电流。此外，变化的振荡速率可以使缓冲层110在振荡函数中具有足够的循环数，从而适合层设计。

再次参考图1，栅极结构124设置在氮化物基半导体层122上。栅极结构124可以包括p型掺杂III-V族化合物半导体层126和导电栅极128。导电栅极128可以用作金属栅极。p型掺杂III-V族化合物半导体层126和导电栅极128堆叠在氮化物基半导体层122上。p型掺杂III-V族化合物半导体层126在氮化物基半导体层122和导电栅极128之间。在一些实施例中，栅极结构124还可以包括p型掺杂III-V族化合物层126和导电栅极128之间的介电层(图中未示出)。

半导体器件100可以设计为增强型器件，当导电栅极128处于近似零偏置时，其处于常关状态。具体地，p型掺杂III-V族化合物层126与氮化物基半导体层112产生p-n结以耗尽2DEG区，使得对应于栅极结构124下方位置的2DEG区的区域具有与2DEG区的其余部分不同的特性(例如，不同的电子浓度)，并且因此被阻挡。由于这种机制，半导体器件100具有常关特性。换言之，当没有电压施加到导电栅极128或施加到导电栅极128的电压小于阈值电压(即，在栅极结构124下方形成反型层所需的最小电压)时，栅极结构124下方的2DEG区的区域保持阻挡，并且因此没有电流流过。此外，通过提供p型掺杂III-V族化合物半导体层126，减少了栅极漏电流，并且实现了关闭状态期间阈值电压的增加。

在一些实施例中，可以省略p型掺杂III-V族化合物层122，使得半导体器件100是耗尽型器件，这意味着半导体器件100在零栅源电压下处于常开状态。

p型掺杂III-V族化合物层126的示例性材料可以包括(例如但不限于)p型掺杂III-V族氮化物半导体材料，例如p型GaN、p型AlGaN、p型InN、p型AlInN、p型InGaN、p型AlInGaN或其组合。在一些实施例中，p掺杂材料通过使用p型杂质(例如Be、Mg、Zn、Cd)来实现。在一些实施例中，氮化物基半导体层120包括未掺杂GaN，氮化物基半导体层122包括AlGaN，并且p型掺杂III-V族化合物层126是可以使下面的能带结构向上弯曲并耗尽2DEG区的相应区域的p型GaN层，从而将半导体器件100置于关闭状态。

在一些实施例中，导电栅极128可以包括金属或金属化合物。金属或金属化合物的示例性材料可以包括(例如但不限于)W、Au、Pd、Ti、Ta、Co、Ni、Pt、Mo、TiN、TaN、它们的金属合金或其它金属化合物。在一些实施例中，导电栅极128的示例性材料可以包括(例如但不限于)氮化物、氧化物、硅化物、掺杂半导体或其组合。在一些实施例中，可选的介电层可以由单层或多层介电材料形成。示例性介电材料可以包括(例如但不限于)一个或多个氧化物层、SiO

钝化层130设置在氮化物基半导体层122上。出于保护目的，钝化层130覆盖栅极结构124。钝化层130与栅极结构124共形(conformal)，因此在栅极结构124上具有凸起轮廓。钝化层130的示例性材料可以包括(例如但不限于)SiN

S/D电极132和134设置在氮化物基半导体层122上。S/D电极132和134可以用作源极和漏极的组合。S/D电极122和124位于栅极结构124的两个相对侧(即，栅极结构124位于S/D电极132和134之间)。栅极结构124以及S/D电极132和134可以共同用作具有2DEG区的GaN基HEMT。

S/D电极132和134具有穿透钝化层130以与氮化物基半导体层122形成界面的底部。S/D电极132和134具有比其底部更宽的顶部。S/D电极132和134的顶部延伸至钝化层130的部分区域上方。

在图1的示例性说明中，左S/D电极132和右S/D电极134分别用作源极和漏极。虽然在图1中未示出，但是任选地，S/D电极132和134可以围绕栅极结构124不对称。在一些实施例中，左S/D电极132比右S/D电极134更靠近栅极结构124。本公开不限于此，并且S/D电极132和134的配置是可调节的。

在一些实施例中，S/D电极132和134中的每一个包括一个或多个共形导电层。在一些实施例中，S/D电极132和134可以包括(例如但不限于)金属、合金、掺杂半导体材料(例如掺杂晶体硅)、其它导体材料或它们的组合。S/D电极132和134的示例性材料可以包括(例如但不限于)Ti、AlSi、TiN或其组合。在一些实施例中，S/D电极132和134中的每一个与氮化物基半导体层122形成欧姆接触。欧姆接触可以通过将Ti、Al或其它合适的材料用于S/D电极132和134来实现。在一些实施例中，介电层(未示出)，例如SiN，可以设置在氮化物基半导体层122和S/D电极132和134之间。在一些实施例中，可以增加S/D电极的数量，并且栅极的数量也相应地增加。例如，半导体器件100可以具有三个S/D电极和两个位于S/D电极之间的栅极。

钝化层136设置在钝化层130和S/D电极132和134的上面。钝化层136覆盖GaN基HEMT。钝化层136覆盖S/D电极122和124。钝化层128与S/D电极122和124的侧壁和顶表面形成界面。钝化层136可以具有平坦的最顶表面，其能够用作平坦的基底，用于承载在其形成之后的步骤中所形成的层。钝化层136的示例性材料可以包括(例如但不限于)SiN

通孔138穿透钝化层136，以连接到栅极结构124以及S/D电极132和134。通孔138与栅极结构124以及S/D电极132和134形成界面。通孔138的示例性材料可以包括(例如但不限于)Cu、Al或它们的组合。

图案化导电层140设置在钝化层136上。为了实现电路之间的互连，图案化导电层140在栅极结构124以及S/D电极132和134上具有多条金属线。多条金属线分别与通孔138接触，使得栅极结构124以及S/D电极132和134可以组成电路。例如，GaN基HEMT可以经由图案化导电层140的金属线电连接到其它组件。在其它实施例中，出于相同目的，图案化导电层140可以包括焊盘或迹线。

除了将铝浓度变为可变的之外，缓冲层中其它元素的浓度也可以是可变的。在这点上，由于铝是III族元素，一旦铝浓度增大或减小，其它III族浓度就可以相应地波动。例如，由于缓冲层包括AlGaN，一旦铝浓度增大或减小，镓的浓度就将增大或减小。

图6是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图6所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C2由参考点RP4、RP5和RP6标记。如振荡函数所示，参考点RP4位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP5位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP6位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的峰所对应的铝浓度值随间距变窄而减小。例如，参考点RP4对应的铝浓度值大于参考点RP6对应的铝浓度值。此外，振荡函数的所有波谷对应于相同的铝浓度值。例如，参考点RP5对应的铝浓度值基本上等于相邻波谷对应的铝浓度值。

图7是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图7所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C3由参考点RP7、RP8和RP9标记。如振荡函数所示，参考点RP7位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP8位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP9位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的波谷所对应的铝浓度值随间距变窄而增大。例如，参考点RP8对应的铝浓度值大于左波谷对应的铝浓度值。参考点RP8对应的铝浓度值小于右波谷对应的铝浓度值。此外，振荡函数的所有峰对应于相同的铝浓度值。例如，参考点RP7和RP9对应于相同的铝浓度值。

图8是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图8所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C4由参考点RP10、RP11和RP12标记。如振荡函数所示，参考点RP10位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP11位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP12位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的峰所对应的铝浓度值随间距变窄而减小，振荡函数的波谷所对应的铝浓度值随间距变窄而增大。例如，参考点RP10对应的铝浓度值大于参考点RP12对应的铝浓度值。参考点RP11对应的铝浓度值大于左波谷对应的铝浓度值。参考点RP11对应的铝浓度值小于右波谷对应的铝浓度值。因此，在振荡函数中，铝的浓度可以振荡以朝着稳定值收敛。每次减小可以使铝的浓度接近稳定值。

图9是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图。缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。

如图9所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C5由参考点RP13、RP14和RP15标记。如振荡函数所示，参考点RP13位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP14位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP15位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，子层110A可以以高振荡速率形成。子层110B可以以低振荡速率形成。这样，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP13从窄变到宽。在这点上，振荡函数相邻峰之间的间距从窄到宽的变化是沿从缓冲层110的最底表面指向最顶表面的方向(即，从成核层指向氮化物基半导体层的方向)。换言之，振荡函数相邻波谷之间的间距也可以相对于缓冲层110内的参考点RP13从窄变到宽。

以不同的方式解释，缓冲层110内的参考点RP13和RP14之间的振荡速率大于缓冲层110内的参考点RP14和RP15之间的振荡速率。因此，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的总振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP14而变化。缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP14而降低(即，从高到低)。如振荡函数所示，振荡函数可以在子层110A的厚度间隔I3内从波谷到相邻峰递增地增大；振荡函数可以在子层110B的厚度间隔I4内从波谷到相邻峰递增地增大；并且厚度间隔I3比厚度间隔I4短。

从波形的角度来看，铝的可变浓度与缓冲层110厚度内的距离关系的图具有两条不同的周期曲线。子层110A中的可变浓度是一条周期曲线。子层110B中的可变浓度是另一条周期曲线。在一些实施例中，这两条周期曲线中的每一条都周期性地变化。这两条周期曲线以不同的频率振荡，其中子层110A中的频率高于子层110B中的频率，这是由相邻峰之间的间距从窄变到宽引起的。此外，振荡函数递增式增大和递减式减小的频率也可以降低。换言之，振荡函数可以被认为是具有多个波的波函数，并且波的波长随铝的浓度在缓冲层110内振荡而逐渐变大。

这种缓冲层110的形成的原因是为了维持缓冲层110的期望厚度。例如，在形成设置为具有多于五个周期波的缓冲层110期间，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP14并且发现缓冲层110的其余部分具有足够的厚度来包含振荡速率低的两个周期波时，可以在参考点RP14处降低振荡速率，使得缓冲层110的其余部分可以以低振荡速率形成，这将改善缓冲层110的生长质量。结果，缓冲层110可以形成为具有匹配的期望厚度，并且铝浓度的周期波可以避免在形成期间应力的累积。此外，缓冲层110的生长质量可以得到改善。

此外，在子层110A或110B中，振荡函数的所有峰可以对应于相同的铝浓度值。在子层110A、110B中，振荡函数的所有波谷可以对应于相同的铝浓度值。这种配置用于简化缓冲层110的形成。

图10是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图10所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C6由参考点RP16、RP17和RP18标记。如振荡函数所示，参考点RP16位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP17位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP18位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的峰所对应的铝浓度值随间距变宽而减小的。例如，参考点RP16对应的铝浓度值大于参考点RP18对应的铝浓度值。此外，振荡函数的所有波谷对应于相同的铝浓度值。例如，参考点RP17对应的铝浓度值基本上等于相邻波谷对应的铝浓度值。

图11是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图11所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C7由参考点RP19、RP20和RP21标记。如振荡函数所示，参考点RP19位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP20位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP21位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的波谷所对应的铝浓度值随间距变宽而增大。例如，参考点RP20对应的铝浓度值大于左波谷对应的铝浓度值。参考点RP20对应的铝浓度值小于右波谷对应的铝浓度值。此外，振荡函数的所有峰对应于相同的铝浓度值。例如，参考点RP19和RP21对应于相同的铝浓度值。

图12是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有两个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图12所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C8由参考点RP22、RP23和RP24标记。如振荡函数所示，参考点RP22位于子层110A中的最后一个波峰处。参考点RP23位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP24位于子层110B中的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数的峰所对应的铝浓度值随间距变宽而减小，振荡函数的波谷所对应的铝浓度值随间距变窄而增大。例如，参考点RP22对应的铝浓度值大于参考点RP24对应的铝浓度值。参考点RP23对应的铝浓度值大于左波谷对应的铝浓度值。参考点RP23对应的铝浓度值小于右波谷对应的铝浓度值。因此，在振荡函数中，铝的浓度可以振荡以朝着稳定值收敛。每次减小可以使铝的浓度接近稳定值。

图13是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图13所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C9由参考点RP25、RP26和RP27标记。如振荡函数所示，参考点RP25位于子层110A的最后一个波峰处。参考点RP26位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处，参考点RP27位于子层110B和110C之间的界面上的波谷处。

在本实施例中，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP25从宽变到窄，然后从窄变到宽。更具体地，缓冲层110内的参考点RP26和RP27之间的振荡速率大于缓冲层110内的其余部分(即，参考点RP26前面的间隔和参考点RP27后面的间隔)内的振荡速率。

因此，相对于参考点RP25，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率从参考点RP26增大，然后从参考点RP27降低。例如，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP25依次包括子振荡速率R1、R2和R3，并且R2>R1＝R3。

缓冲层110的这种形成的原因是为了维持缓冲层110的期望厚度。例如，在形成设置为具有多于六个周期波的缓冲层110期间，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP26并且发现缓冲层110的其余部分可能不具有足够的厚度来包含振荡速率低的后续周期波时，可以在参考点RP26处增大振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以高振荡速率继续。然后，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP27处并且发现缓冲层110的其余部分具有足够的厚度来包含振荡速率低的两个周期波时，可以在参考点RP27处降低振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以低振荡速率继续，这将改善缓冲层110的生长质量。结果，缓冲层110可以形成为具有匹配的期望厚度，并且铝浓度的周期波可以避免在形成期间应力的累积。此外，缓冲层110的生长质量可以得到改善。

此外，在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有峰可以对应于相同的铝浓度值。在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有波谷可以对应于相同的铝浓度值。这种配置用于简化缓冲层110的形成。

图14是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图14所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C10由参考点RP28、RP29和RP30标记。如振荡函数所示，参考点RP28位于子层110A的最后一个波谷处。参考点RP27位于子层110A和110B之间的界面上的峰处，参考点RP28位于子层110B和110C之间的界面上的峰处。

在本实施例中，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP28从窄变到宽，然后从宽变到窄。更具体地，缓冲层110内的参考点RP29和RP30之间的振荡速率小于缓冲层110内的其余部分(即，参考点RP29前面的间隔和参考点RP30后面的间隔)内的振荡速率。

因此，相对于参考点RP28，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率从参考点RP29降低，然后从参考点RP30增大。例如，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以相对于缓冲层110内的参考点RP25依次包括子振荡速率R1、R2和R3，并且R1＝R3>R2。

这种缓冲层110的形成的原因是为了维持缓冲层110的期望厚度。例如，在形成设置为具有多于六个周期波的缓冲层110期间，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP29处并且发现缓冲层110的其余部分可能具有足够的厚度来包含振荡速率低的后续周期波时，可以在参考点RP29处降低振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以低振荡速率继续，这将改善缓冲层110的生长质量。然后，当子层110A的形成阶段在参考点RP30处进行并且发现缓冲层110的其余部分不具有足够的厚度来包含振荡速率低的两个周期波时，可以在参考点RP30处增大振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以高振荡速率继续，这将使缓冲层110符合层设计。因此，缓冲层110可以形成为具有匹配的期望厚度，并且铝浓度的周期波可以避免在形成期间应力的累积。

此外，在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有峰可以对应于相同的铝浓度值。在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有波谷可以对应于相同的铝浓度值。这种配置用于简化缓冲层110的形成。

图15是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图15所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C11由参考点RP31、RP32和RP33标记。如振荡函数所示，参考点RP31位于子层110A的最后一个波峰处。参考点RP32位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP33位于子层110B的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP31从宽变到窄。更具体地，相对于参考点RP31，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率从参考点RP32降低。在一些实施例中，参考点RP32前面的周期曲线的振荡速率小于参考点RP32后面的周期曲线的振荡速率。相应地，这两条周期曲线具有不同的频率/波长。除了振荡速率变化之外，振荡函数的幅度也变化。例如，参考点RP32前面的周期曲线的幅度大于参考点RP32后面的周期曲线的幅度。

如上所述，这种缓冲层110的形成可以维持缓冲层110的期望厚度，这通过调节振荡速率来实现。此外，由于将在缓冲层110上形成的层不含铝，需要减小缓冲层110中铝的浓度。由于两种类型的周期曲线具有显著不同的幅度，幅度减小，其用于符合将在缓冲层110上形成的层。这种形成可以具有简化的形成缓冲层110的过程。

图16是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A和110B。子层110A和110B依次堆叠。如图16所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C11由参考点RP34、RP35和RP36标记。如振荡函数所示，参考点RP34位于子层110A的最后一个波峰处。参考点RP35位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP36位于子层110B的第一个波峰处。

在本实施例中，振荡函数相邻峰之间的间距相对于缓冲层110内的参考点RP34从窄变到宽。更具体地，相对于参考点RP34，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率从参考点RP35增大。在一些实施例中，参考点RP35前面的周期曲线的振荡速率小于参考点RP35后面的周期曲线的振荡速率。相应地，这两条周期曲线具有不同的频率/波长。除了振荡速率变化之外，振荡函数的幅度也变化。例如，参考点RP35前面的周期曲线的幅度大于参考点RP35后面的周期曲线的幅度。

如上所述，缓冲层110的这种形成可以维持缓冲层110的期望厚度，这通过调节振荡速率来实现。此外，由于振荡速率较慢，在参考点RP35之后形成缓冲层110可以改善生长质量。相似地，由于两种周期曲线具有显著不同的幅度，幅度减小，这种形成方法可以简化形成缓冲层110的过程。

图17是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图17所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C13由参考点RP37、RP38、RP39和RP40标记。如振荡函数所示，参考点RP37位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP38位于子层110B的第一个波峰处。参考点RP39位于子层110B的最后一个波谷处。参考点RP40位于子层110B和110C之间的界面上的峰处。参考点RP37、RP38、RP39和RP40分别位于距缓冲层110的最底表面(即，成核层的顶表面)的距离D1、D2、D3和D4处。距离D1-D4之间的关系是D1

在本实施例中，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以连续变化。更具体地，参考点RP37前面的振荡速率大于参考点RP37和RP40之间的平均振荡速率；并且参考点RP37和RP40之间的平均振荡速率小于参考点RP40后面的振荡速率。在参考点RP37和RP40之间的间隔中，振荡速率连续变化。例如，该间隔中的振荡速率包括参考点RP37和RP38之间的子振荡速率R4、参考点RP38和RP39之间的子振荡速率R5，以及参考点RP39和RP40之间的子振荡速率R6。在平均值上，R4>R5，并且R6>R5。子振荡速率R4从参考点RP37到参考点RP38可以降低。子振荡速率R5从参考点RP38到参考点RP39可以保持基本上稳定。子振荡速率R6从参考点RP39到参考点RP40可以增大。根据这种配置，距离D1和D2之间的差可以小于距离D2和D3之间的差。此外，距离D2和D3之间的差可以大于距离D3和D4之间的差。这意味着缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以随距离而变化，从而在不可避免的工艺限制下适应缓冲层110形成中的不同设计/要求。

此外，不同的峰/波谷可以设计为相同或不同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP37和RP39可以对应于相同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP37对应的铝浓度值可以小于参考点RP39对应的铝浓度值。相似地，在一些实施例中，参考点RP38和RP40可以对应于相同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP38对应的铝浓度值可以大于参考点RP40对应的铝浓度值。

图18是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图18所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化。为了方便参考，关系曲线C14由参考点RP41、RP42、RP43和RP44标记。如振荡函数所示，参考点RP41位于子层110A和110B之间的界面上的波谷处。参考点RP42位于子层110B的第一个波峰处。参考点RP43位于子层110B的最后一个波谷处。参考点RP44位于子层110B和110C之间的界面上的峰处。参考点RP41、RP42、RP43和RP44分别位于距缓冲层110的最底表面(即，成核层的顶表面)的距离D5、D6、D7和D8处。距离D5-D8之间的关系是D5

在本实施例中，缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以连续变化。相似地，参考点RP41前面的振荡速率小于参考点RP41和RP44之间的平均振荡速率；并且参考点RP41和RP44之间的平均振荡速率大于参考点RP44后面的振荡速率。在参考点RP41和RP44之间的间隔中，振荡速率连续变化。例如，该间隔中的振荡速率包括参考点RP41和RP42之间的子振荡速率R7、参考点RP42和RP43之间的子振荡速率R8，以及参考点RP43和RP44之间的子振荡速率R9。在平均值上，R8>R7，并且R8>R9。子振荡速率R7从参考点RP41到参考点RP42可以增大。子振荡速率R8从参考点RP42到参考点RP43可以保持基本上稳定。子振荡速率R9从参考点RP43到参考点RP44可以降低。根据这种配置，距离D5和D6之间的差可以大于距离D6和D7之间的差。此外，距离D6和D7之间的差可以小于距离D7和D8之间的差。这意味着缓冲层110每单位厚度的铝浓度的振荡速率可以随距离而变化，从而在不可避免的工艺限制下适应缓冲层110形成中的不同设计/要求。

此外，不同的峰/波谷可以设计为相同或不同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP41和RP43可以对应于相同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP41对应的铝浓度值可以小于参考点RP43对应的铝浓度值。相似地，在一些实施例中，参考点RP42和RP44可以对应于相同的铝浓度值。在一些实施例中，参考点RP42对应的铝浓度值可以大于参考点RP44对应的铝浓度值。

例如，在形成设置为具有多于六个周期波的缓冲层110期间，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP29处并且发现缓冲层110的其余部分可能具有足够的厚度来包含振荡速率低的后续周期波时，可以在参考点RP29处降低振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以低振荡速率继续，这将改善缓冲层110的生长质量。然后，当子层110A的形成阶段进行到参考点RP30处并且发现缓冲层110的其余部分不具有足够的厚度来包含振荡速率低的两个周期波时，可以在参考点RP30处增大振荡速率，使得缓冲层110的生长可以以高振荡速率继续，这将使缓冲层110符合层设计。结果，缓冲层110可以形成为具有匹配的期望厚度，并且铝浓度的周期波可以避免在形成期间应力的累积。

此外，在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有峰可以对应于相同的铝浓度值。在子层110A、110B或110C中，振荡函数的所有波谷可以对应于相同的铝浓度值。这种配置用于简化缓冲层110的形成。

图19是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图19所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化，如关系曲线C15所表示的。

在本实施例中，间距S1在子层110A内的相邻峰之间；间距S2在子层110B内的相邻峰之间；并且间距S3在子层110C内的相邻峰之间。间距S1、S2和S3相对于缓冲层110内的起点依次布置，并且S1>S2>S3。

图20是示出根据本公开的一些实施例的缓冲层110中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，缓冲层110可以具有三个子层110A、110B和110C。子层110A-110C依次堆叠。如图20所示，缓冲层110具有在缓冲层110内振荡的铝浓度，使得铝的浓度可以作为缓冲层110厚度内的距离的振荡函数而变化，如关系曲线C16所表示的。

在本实施例中，间距S4在子层110A内的相邻峰之间；间距S5在子层110B内的相邻峰之间；并且间距S6在子层110C内的相邻峰之间。间距S4、S5和S6相对于缓冲层110内的起点依次布置，并且S4

虽然上述实施例聚焦于高振荡速率和低振荡速率的组合，但是只有高振荡速率或低振荡速率也是可行的。例如，图21A-21H描绘了示出根据本公开的一些实施例的缓冲层中铝的可变浓度与缓冲层厚度内的距离关系的图，并且这些图示的各个铝浓度具有单一振荡速率。图21A示出了仅低振荡速率，且幅度减小(即，峰减小)；图21B示出了仅低振荡速率，且幅度减小(即，波谷增大)；图21C示出了仅低振荡速率，且幅度减小(即，峰减小并且波谷增大)；图21D示出了仅高振荡速率，且幅度减小(即，峰减小)；图21E示出了仅高振荡速率，且幅度减小(即，波谷增大)；图21F示出了仅高振荡速率，且幅度减小(即，峰减小并且波谷增大)；图21G示出了仅低振荡速率，且幅度减小(即，波形变小)；并且图21H示出了仅高振荡速率，且幅度减小(即，波形变小)。

根据上述实施例，提供了用于在形成缓冲层期间改善应力累积的多种解决方案，这意味着应用这种概念制造半导体器件的过程是灵活的，并且因此通常可以应用。上述实施例可以用于不同的情况，以使缓冲层符合设计。因此，可以根据制造工艺的条件/要求/需求来挑选/选择那些不同的解决方案。

此外，出于示例性目的，示出了涉及上述波函数的图，并且本公开不受这些图的限制。对它们的修改是可能的和可行的。例如，增加或减少波函数中的循环数是可行的。对它们的修改仍在本公开的主旨内。

为了说明和描述，已经提供了本公开的上述描述。其不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。

以上实施例的选择和描述是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适合于预期的特定用途的各种修改。

如本文所用并且未另外定义的，术语“基本上”、“实质上”、“近似”和“约”用于描述和说明小的变化。当结合事件或情况使用时，该术语可以包括事件或情况精确发生的实例以及事件或情况近似发生的实例。例如，当结合数值使用时，该术语可以包括小于或等于该数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。术语“基本上共面”可以指两个表面被布置在沿同一平面的微米范围内，例如沿同一平面的40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内。

除非上下文另有规定，否则如本文所用，单数术语“一个”、“一种”和“该”可以包括复数指代。在一些实施例的描述中，在另一组件“上(on或over)”提供的组件可以包括前一组件直接在后一组件上(例如，与后一组件物理接触)的情况，以及有一个或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。

虽然已经参考具体实施例描述和说明了本公开，但是这些描述和说明不是限制性的。本领域技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的真实主旨和范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同来进行替代。图示可能未必按比例绘制。由于制造工艺和公差，本公开的艺术再现与实际装置之间可能存在区别。此外，应理解，由于例如共形沉积、蚀刻等制造工艺，实际器件和层可以偏离附图的矩形层描绘，并且可以包括角表面或边缘、圆角等。可能存在未具体示出的本公开的其它实施例。说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。可以进行修改以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适合本公开的目标、主旨和范围。所有这些修改都旨在在所附权利要求的范围内。虽然已经参考以特定顺序执行的特定操作描述了本文公开的方法，但是应理解，在不背离本公开的教导的情况下，这些操作可以组合、细分或重新排序以形成等同的方法。因此，除非本文明确说明，否则操作的顺序和分组不是限制性的。