一种具有复合结构的氮化物缓冲层制造技术

本发明专利技术公开一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。并且每一组复合结构缓冲层中的AlN层和GaN层的厚度都分别小于其应力完全释放时的临界厚度。本发明专利技术可以避免在GaN外延层中产生失配位错，从而提高器件的性能和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二极管
，尤其是指一种具有复合结构的氮化物缓冲层。
技术介绍
现有技术中，为了在蓝宝石、碳化硅、硅等衬底上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法获得高质量的GaN外延层，通常需要在低温下沉积一层GaN或者AlN缓冲层，然后在缓冲层上生长GaN外延层。越来越多的研究表明，使用物理气相沉积（PVD）的方法，可以在衬底上形成更加均匀致密、与衬底结合力更强的AlN缓冲层。美国专利公开号为US20140264363A1公开了使用PVD法沉积具有XRD（002）FWHM<15弧秒且表面粗糙度<2nm的AlN膜。在沉积AlN缓冲层后，需要使用MOCVD在AlN缓冲层上生长GaN外延层。由于AlN和GaN两者之间有2.5%的晶格失配，若直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层，会在两种材料之间产生应力。该应力会随着GaN厚度的增加而逐渐积累，直到GaN的厚度超过临界厚度，应力将通过失配位错的方式被释放，而位于GaN外延层中的失配位错将严重影响器件的性能和寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有复合结构的氮化物缓冲层，以避免在GaN外延层中产生失配位错，从而提高器件的性能和寿命。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。一种具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，包括以下步骤：一，在衬底上制作AlN缓冲层；二，在AlN缓冲层上依次生长多组复合结构缓冲层，每组复合结构缓冲层中的AlN层和GaN层都使用脉冲法生长，并且生长AlN层时TMAl和NH3的脉冲周期都比生长上一个AlN层时的TMAl和NH3的脉冲周期递减1个，而生长GaN层时TMGa和NH3的脉冲周期都比生长上一个GaN层时的TMGa和NH3的脉冲周期递增1个，直至生长最后一组复合结构缓冲层中的AlN层时，TMAl和NH3的脉冲周期都减小为0。进一步，AlN缓冲层采用PVD、MOCVD、HVPE（氢化物气相外延）或者ALD（原子层沉积）方法沉积在衬底上。进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。采用上述方案后，本专利技术在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大，从而能够调制AlN和GaN外延层中的应力，避免产生失配位错，进而提高器件的性能和寿命。同时，本专利技术具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，能够精确控制外延层的厚度，提高原子的表面迁移率，从而获得表面更加平整、厚度均匀性更好的外延层。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2a和图2b是本专利技术AlN层与GaN层晶格失配状态示意图；图3是本专利技术AlN层与GaN层晶格配合状态示意图；图4是本专利技术的制作方法示意图。标号说明衬底1AlN缓冲层2复合结构缓冲层3AlN层31GaN层32。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细描述。参阅图1至图3所示，本专利技术揭示的一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底1上有AlN缓冲层2。AlN缓冲层2可以采用PVD、MOCVD、HVPE（氢化物气相外延）或者ALD（原子层沉积）等方法沉积在衬底1上。在AlN缓冲层2上依次生长由下层为AlN层31和上层为GaN层32构成的多组复合结构缓冲层3，具体为在AlN缓冲层2上生长第一组复合结构缓冲层3。第一组复合结构缓冲层3由第一AlN层31和第一GaN层32构成。然后在第一组复合结构缓冲层3上生长第二组复合结构缓冲层3。第二组复合结构缓冲层3由第二AlN层31和第二GaN层32构成。以此类推，在第二组复合结构缓冲层3上依次生长各组复合结构缓冲层，一直到第N组复合结构缓冲层3，N为正整数。第N组复合结构缓冲层3由第NAlN层31和第NGaN层32构成。在第N组复合结构缓冲层3上生长第N+1组复合结构缓冲层3。第N+1组复合结构缓冲层3由第N+1AlN层31和第N+1GaN层32构成。沿着外延生长方向，定义第n组（n=1,2,…N,N+1）复合结构缓冲层的厚度为T(n)，其中第nAlN层的厚度为A(n)，第nGaN层的厚度为B(n)，则T(n)、A(n)、B(n)满足关系式T(n)=A(n)+B(n)，即T(1)=A(1)+B(1)，T(2)=A(2)+B(2)，...T(N)=A(N)+B(N)，T(N+1)=A(N+1)+B(N+1)。为了调制复合结构缓冲层中的应力，每一组复合结构缓冲层3都具有相同的厚度，即T(n)满足关系式T(1)=T(2)=…=T(N)=T(N+1)。每一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度都比上一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度减小，即A(n)满足关系式A(1)>A(2)>…A(N)>A(N+1)，多组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零。如图1所示，最上组复合结构缓冲层3中只包含GaN层32，而AlN层31的厚度为零，而最底层AlN层31的厚度最大。每一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度都小于其应力完全释放时的临界厚度。每一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度都比上一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度增大，即B(n)满足关系式B(1)<B(2)<…B(N)<B(N+1)。多组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度沿生长方向逐渐增大。每一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度都小于其应力完全释放时的临界厚度。满足以上关系的复合结构缓冲层依次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复合结构的氮化物缓冲层，其特征在于：在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合结构的氮化物缓冲层，其特征在于：在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。
2.如权利要求1所述的一种具有复合结构的氮化物缓冲层，其特征在于：每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。
3.如权利要求1所述的一种具有复合结构的氮化物缓冲层，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯轩，姜伟，林志伟，卓祥景，方天足，汪洋，童吉楚，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35