氮化物外延片制造技术

本实用新型专利技术提供了一种氮化物外延片，包括：一衬底；衬底表面的外延层；以及设置在外延层内或衬底与外延层之间的中间层，所述中间层包括两种不同的氮化物材料交替堆叠构成的多层堆叠结构，多层堆叠结构包括二元氮化物和In

【技术实现步骤摘要】
氮化物外延片


[0001]本技术涉及半导体材料领域，尤其涉及一种氮化物外延片。

技术介绍

[0002]III
‑
V族化合物半导体材料在光电子器件、光电集成、超高速微电子器件和超高频微波器件及电路上得到重要应用，有广阔前景。由于III族氮化物一般在蓝宝石或SiC等异质衬底上进行异质外延，不同材料之间的晶格常数和热失配会产生位错或缺陷，并随着外延层的生长而向上延伸，这些位错在器件工作时表现为非辐射复合中心而影响器件效率，同时作为漏电通道引起漏电流增大而使器件迅速老化，影响器件的工作效率及寿命，制约了其在半导体电子领域中的应用。
[0003]GaN基发光二极管是一种半导体发光器件，具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，在大屏幕彩色显示、交通信号灯和照明领域发挥了越来越重要的作用。现有的氮化物发光二极管的外延片通常需要在氮化物发光层前端设置含Al材料的势垒层利用其高的能垒阻挡电子回流，提高辐射复合发光，但是随着Al组分的增大势垒层材料生长质量较差，而且，势垒层上生长的氮化物发光层具有较大的晶格失配，造成多量子阱发光层生长应力较大，发光层外延材料晶体质量较差，同时较大的应力导致极化效应,多量子阱发光层的能带发生倾斜，电子和空穴在空间分离，辐射复合效率下降。
[0004]因此，对于如何降低位错密度以及降低发光层的应力，提高外延层的晶体质量，是现有技术需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题是，提供一种氮化物外延片，通过优化中间层结构以提高晶体质量。
[0006]为了解决上述问题，本技术提供了一种氮化物外延片，包括：一衬底；衬底表面的外延层；以及设置在外延层内或衬底与外延层之间的中间层，所述中间层包括两种不同的氮化物材料交替堆叠构成的多层堆叠结构；所述多层堆叠结构包括二元氮化物和In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
的交替堆叠，和/或所述多层堆叠结构包括三元氮化物和In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
的交替堆叠。
[0007]可选的，所述中间层位于衬底与外延层之间，且包括前插入层和后插入层：所述前插入层包括前工艺层和后工艺层，所述前工艺层为氮化物前工艺层，所述后工艺层为In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
结构层；后插入层为氮化物后插入层。
[0008]可选的，所述前工艺层和所述后工艺层交替堆叠，且在交替堆叠形成所述前插入层后，生长所述后插入层；或者所述前工艺层、所述后工艺层、所述后插入层交替堆叠。所述前工艺层和所述后工艺层交替设置的循环周期为2
‑
8；或所述前工艺层、所述后工艺层、所述后插入层交替设置的循环周期为2
‑
8。
[0009]可选的，所述前工艺层厚度范围是2～5nm，后工艺层的厚度范围是0.5～1nm，循环
设置的前插入层总厚度范围是10～20nm，后插入层的厚度范围10～50nm。
[0010]可选的，所述中间层位于衬底与外延层之间，所述中间层与衬底之间包括一氮化物层，且所述中间层包括前势垒层和后势垒层：前势垒层至少包括元素Al的结构层；后势垒层的材料为In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
。
[0011]可选的，还包括后插入层；所述前势垒层和所述后势垒层交替循环，循环周期为2
‑
40个周期，之后生长所述后插入层。
[0012]可选的，所述前势垒层厚度为1～5nm，后势垒层厚度为0.5～1nm，循环设置的总厚度范围是10～60nm，后氮化物插入层厚度范围10～50nm。
[0013]可选的，所述外延层在中间层表面的部分至少包括氮化物发光层，所述氮化物发光层包括周期性重复循环2～12次交替生长的厚度为1
‑
6nm的氮化物量子阱层和厚度为6～15nm的氮化物量子垒层。
[0014]可选的，所述衬底为氮化物、蓝宝石、碳化硅、Si、氧化锌、氧化镓、金刚石中的一种。
[0015]上述技术方案中的中间层的材料包括In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
，并采用交替堆叠构成的多层堆叠结构来改善外延层的晶体质量。利用缺陷对中间层原子(In/Si/Mg)的高吸附特性实现氮化物前工艺层以及衬底表面向上延伸的位错缺陷中心的填充。区别于常规原位SiN
x
/MgN
x
原位掩膜，周期性的循环氮化物前工艺层和In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
后工艺层工艺实现了In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
后工艺层从常规In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
侧向外延生长工艺中的分离，避免了In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
后工艺层对氮化物外延生长晶体质量的影响，此外，在In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
后工艺层中，Mg和Si可以根据原子能差异实现在二维表面的均匀分布。
[0016]对于包括前势垒层和后势垒层的技术方案，通过在多层外延结构中引入In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
插入层，为后续的氮化物生长提供高质量生长模板，降低氮化物外延层应力，提高外延层材料晶体质量较差，同时降低应力导致极化效应,提高电子和空穴在空间交叠，实现高辐射复合效率。
[0017]上述技术方案利用了两种不同类型的氮化物材料产生的晶格差异，将衬底中包括位错和应力在内的各种的缺陷在中间层中吸收，使其不会延续到外延生长的工艺中去，提高了外延层的晶体质量。
附图说明
[0018]附图1所示是本技术所述氮化物外延片实施例的生长方法实施步骤示意图。
[0019]附图2A至附图2E所示是本技术所述氮化物外延片实施例的生长方法工艺示意图。
[0020]附图3所示是本技术所述氮化物外延片实施例的生长方法实施步骤示意图。
[0021]附图4A至附图4E所示是本技术所述氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化物外延片，其特征在于，包括：一衬底；衬底表面的外延层；以及设置在外延层内或衬底与外延层之间的中间层，所述中间层包括两种不同的氮化物材料交替堆叠构成的多层堆叠结构；所述多层堆叠结构包括二元氮化物和In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
的交替堆叠，和/或所述多层堆叠结构包括三元氮化物和In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
的交替堆叠。2.根据权利要求1所述的氮化物外延片，其特征在于，所述中间层位于衬底与外延层之间，且包括前插入层和后插入层：所述前插入层包括前工艺层和后工艺层，所述前工艺层为氮化物前工艺层，所述后工艺层为In
x
Si
y
Mg1‑
x
‑
y
N
z
结构层；后插入层为氮化物后插入层。3.根据权利要求2所述的氮化物外延片，其特征在于，所述前工艺层和所述后工艺层交替堆叠，且在交替堆叠形成所述前插入层后，生长所述后插入层；或者所述前工艺层、所述后工艺层、所述后插入层交替堆叠。4.根据权利要求3所述的氮化物外延片，其特征在于，所述前工艺层和所述后工艺层交替设置的循环周期为2
‑
8；或所述前工艺层、所述后工艺层、所述后插入层交替设置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：