含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法技术

本发明专利技术提供一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法，包括以下步骤：1）提供衬底；2）在所述衬底上形成III‑V族氮化物凸条结构或凸岛结构；3）在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。本发明专利技术的外延生长方法能够在较低的生长温度条件下、较短的生长时间内得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不仅大大降低了生长成本，而且生长过程中充分的释放了生长应力，大大提高了外延晶体质量。

Al containing nitride semiconductor structure and epitaxial growth method thereof

The invention provides a Al nitride semiconductor structure and its epitaxial growth method, which comprises the following steps: 1) providing a substrate; 2) formed III V nitride convex convex structure or island structure on the substrate; 3) in the structure of the convex or the convex surface of the epitaxial island structure of alternating generation GaN with the first layer containing Al nitride layer to form alternating laminated structure, laminated structure with the alternating gap between the adjacent convex structure or the convex structure, and the alternate top stacked structure on the surface of the plane for the first nitride layer containing Al. The invention of the extension method can grow growth time growth in low temperatures and short containing Al nitride epitaxial wafer thickness and the surface is very smooth, not only greatly reduce the cost of growth, and the growth process of the full release of growth stress, greatly improving the crystal quality of epitaxial.

【技术实现步骤摘要】
含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法。
技术介绍
AlGaN材料具有高温稳定性好、搞的介质击穿强度、优异的机械强度、通过Al组分变化可实现禁带宽度从3.4eV～6.2eV可调，从而涵盖了波长从365nm～200nm的紫外波段，在紫外探测器、紫外LED及HEMTs器件方面具有重要的应用。现有技术中，通常采用横向外延生长技术制备AlGaN材料，主要包括以下步骤：1)提供衬底；2)在所述衬底表面形成凸条结构或凸岛结构或在所述衬底表面形成掩膜层之后，在所述掩膜层内形成开口，并在所述开口内形成突出于所述掩膜层表面的凸条结构或凸岛结构；3)采用横向外延生长工艺在所述凸条结构或凸岛结构表面及所述衬底表面形成AlGaN材料。然而，在生长条件下，由于Al原子在氮化物表面的迁移速率非常慢，采用上述横向外延生长制备所述AlGaN时，要使得相邻所述凸条结构或凸岛结构连起来并得到表面平整的AlGaN材料层非常困难，表面也容易形成裂纹，晶体质量不高。要得到一定厚度且表面平整的AlGaN材料层不但需要较高的生长温度条件，而且生长时间也较长，生长成本较高。同样，采用横向外延生长工艺制备其他含Al氮化物材料时存在与AlGaN同样的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法，用于解决现有技术中采用横向外延生长工艺制备含Al氮化物材料时，由于Al原子迁移速率较慢而导致的生长条件比较苛刻、所需生长温度高、生长时间长、生长成本较高、容易形成表面裂纹和晶体质量不高等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种含Al氮化物半导体结构的外延生长方法。所述含Al氮化物半导体结构的外延生长方法至少包括以下步骤：1)提供衬底；2)在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构；3)在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述步骤2)中，在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构包括以下步骤：2-1)在所述衬底表面形成掩膜层；2-2)在对应于后续要形成所述凸条结构或凸岛结构的所述掩膜层内形成贯穿所述掩膜层的开口；2-3)在所述开口内填充III-V族氮化物填充层，所述III-V族氮化物填充层填满所述开口，并形成突出于所述掩膜层表面的所述凸条结构或凸岛结构。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述步骤2-1)中还包括在所述衬底与所述掩膜层之间形成III-V族氮化物层的步骤。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述步骤2)中，在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构包括以下步骤：2-1)在所述衬底表面形成III-V族氮化物层；2-2)刻蚀所述III-V族氮化物层以形成所述凸条结构或凸岛结构。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述凸条结构或所述凸岛结构的纵截面形状为三角形、梯形或矩形。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，所述交替层叠结构中，一层所述GaN层与与其相邻的一层所述第一含Al氮化物层构成一个交替周期，所述交替层叠结构包括至少5个所述交替周期。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法的一种优选方案，步骤3)之后还包括在所述交替层叠结构表面形成第二含Al氮化物层的步骤。本专利技术还提供一种含Al氮化物半导体结构，所述含Al氮化物半导体结构包括：衬底；III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构，位于所述衬底表面；GaN层与第一含Al氮化物层的交替层叠结构，覆盖于所述凸条结构或凸岛结构表面并填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，所述交替层叠结构的最底层为GaN层，最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述含Al氮化物半导体结构还包括掩膜层，所述掩膜层内形成有上下贯通的开口，所述开口内填充有III-V族氮化物填充层；所述掩膜层及所述填充层位于所述衬底与所述凸条结构或所述凸岛结构之间，且所述凸条结构或所述凸岛结构位于所述III-V族氮化物填充层及部分所述掩膜层表面。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述含Al氮化物半导体结构还包括III-V族氮化物层，所述III-V族氮化物层位于所述衬底与所述掩膜层之间。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述凸条结构或所述凸岛结构的纵截面形状为三角形、梯形或矩形。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述交替层叠结构中，一层所述GaN层与与其相邻的一层所述第一含Al氮化物层构成一个交替周期，所述交替层叠结构包括至少5个所述交替周期。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述凸条结构或所述凸岛结构在所述衬底表面呈周期性分布。作为本专利技术的含Al氮化物半导体结构的一种优选方案，所述含Al氮化物半导体结构还包括第二含Al氮化物层，位于所述交替层叠结构的表面。如上所述，本专利技术的含Al氮化物半导体结构及其外延生长方法，具有以下有益效果：本专利技术的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，在形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构之后，通过外延交替生长形成GaN层与第一含Al氮化物层的交替层叠结构，而后再在交替层叠结构的表面外延生长所需的材料层，由于生长GaN时，可以很容易的控制生长条件使得侧向生长速度远远大于纵向的生长速度，借助GaN层可以很快将相邻所述凸条结构或凸岛结构连接起来，并得到表面为平面的交替层叠结构的含Al氮化物半导体外延片；本专利技术的外延生长方法能够在较低的生长温度条件下、较短的生长时间内得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不仅大大降低了生长成本，而且生长过程中充分的释放了生长应力，大大提高了外延晶体质量。附图说明图1显示为本专利技术实施例一中提供的含Al氮化物半导体结构的制备流程示意图。图2至图12显示为本专利技术实施例一中提供的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法各步骤所呈现的截面结构示意图。图13显示为本专利技术实施例二中提供的含Al氮化物半导体结构的制备流程示意图。图14至图18显示为本专利技术实施例二中提供的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法各步骤所呈现的截面结构示意图。元件标号说明11衬底12凸条结构13凸岛结构14交替层叠结构141GaN层142第一含Al氮化物层15第二含Al氮化物层16III-V族氮化物层17掩膜层171开口18III-V族氮化物填充层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图18。需要说明的是，本实施例中所提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提供衬底；2)在所述衬底上形成III‑V族氮化物凸条结构或凸岛结构；3)在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。

【技术特征摘要】
1.一种含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提供衬底；2)在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构；3)在所述凸条结构或所述凸岛结构表面外延交替生成GaN层与第一含Al氮化物层以形成交替层叠结构，所述交替层叠结构填满相邻所述凸条结构或所述凸岛结构之间的间隙，且所述交替层叠结构的最顶层为上表面为平面的第一含Al氮化物层。2.根据权利要求1所述的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于：所述步骤2)中，在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构包括以下步骤：2-1)在所述衬底表面形成掩膜层；2-2)在对应于后续要形成所述凸条结构或凸岛结构的所述掩膜层内形成贯穿所述掩膜层的开口；2-3)在所述开口内填充III-V族氮化物填充层，所述III-V族氮化物填充层填满所述开口，并形成突出于所述掩膜层表面的所述凸条结构或凸岛结构。3.根据权利要求2所述的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于：所述步骤2-1)中还包括在所述衬底与所述掩膜层之间形成III-V族氮化物层的步骤。4.根据权利要求1所述的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于：所述步骤2)中，在所述衬底上形成III-V族氮化物凸条结构或凸岛结构包括以下步骤：2-1)在所述衬底表面形成III-V族氮化物层；2-2)刻蚀所述III-V族氮化物层以形成所述凸条结构或凸岛结构。5.根据权利要求1所述的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于：所述凸条结构或所述凸岛结构的纵截面形状为三角形、梯形或矩形。6.根据权利要求1所述的含Al氮化物半导体结构的外延生长方法，其特征在于：所述交替层叠结构中，一层所述GaN层与与其相邻的一层所述第一含Al氮化物层构成一个交替周期，所述交替层叠结构包括至少5个所述交替周期。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝茂盛，袁根如，张楠，
申请(专利权)人：上海芯元基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31