氮化物半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种氮化物半导体结构，其包括硅基板、成核层、含铝缓冲层以及超晶格层。成核层设置于硅基板上。含铝缓冲层设置于成核层上，且具有彼此交叠的M个AlGaN层和M个GaN层。M为大于1且小于6的正整数。超晶格层设置于含铝缓冲层上。含铝缓冲层的铝含量沿着成核层往超晶格层的方向从A渐变至B。每一个AlGaN层的铝含量的渐变量为(A

【技术实现步骤摘要】
氮化物半导体结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体结构及其制造方法，尤其是涉及一种氮化物半导体结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]氮化镓半导体因具有较宽的能隙而适于用在高功率或高频电子元件的制作。由于硅基板具有高导热性、高导电性、容易切割及低成本的优势，在硅基板上制作氮化镓半导体元件已成为相关厂商的开发重点。然而，氮化物半导体结构与硅基板的晶格常数与热膨胀系数都有差异。因此，在硅基板上所形成的氮化物半导体结构容易产生大量的错位缺陷(dislocation)，导致氮化物半导体结构容易破裂。此外，硅基板和氮化物半导体结构容易在制程降温的过程中产生翘曲而影响后续芯片的制程良率。

技术实现思路

[0003]本专利技术是针对一种氮化物半导体结构，其具有较小的缺陷密度，且制成的元件具有较佳的电性及可靠度。
[0004]本专利技术是针对一种氮化物半导体结构的制造方法，其制程良率较佳。
[0005]根据本专利技术的实施例，氮化物半导体结构包括硅基板、成核层、含铝缓冲层以及超晶格层。成核层设置于硅基板上。含铝缓冲层设置于成核层上，且具有彼此交叠的M个AlGaN层和M个GaN层。M为大于1且小于6的正整数。超晶格层设置于含铝缓冲层上。含铝缓冲层的铝含量沿着成核层往超晶格层的方向从A渐变至B。每一个AlGaN层的铝含量的渐变量为(A
‑
B)/M。A介于90％至100％，且B介于0％至10％。
[0006]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，M个AlGaN层为第一AlGaN层和第二AlGaN层。M个GaN层为第一GaN层和第二GaN层。第一AlGaN层、第一GaN层、第二AlGaN层和第二GaN层依序设置于成核层上。第一AlGaN层的铝含量沿着成核层往第一GaN层的方向从90％渐变至50％。第二AlGaN层的铝含量沿着第一GaN层往第二GaN层的方向从50％渐变至10％。
[0007]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，超晶格层包括彼此交叠的N个AlGaN层和N个AlN层或N个GaN层和N个AlN层。每一个AlGaN层或每一个GaN层的厚度介于15纳米至25纳米之间。每一个AlN层的厚度介于10纳米至20纳米之间。N为介于25至40的正整数。
[0008]在根据本专利技术的实施例中，氮化物半导体结构还包括设置于超晶格层上的碳掺杂GaN层。
[0009]在根据本专利技术的实施例中，氮化物半导体结构还包括未刻意掺杂GaN层、AIN层、阻障层以及p型掺杂GaN层。未刻意掺杂GaN层设置于碳掺杂GaN层上。AIN层设置于未刻意掺杂GaN层上。阻障层设置于AIN层上。p型掺杂GaN层设置于阻障层上。
[0010]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，第一AlGaN层的厚度小于第二
AlGaN层的厚度。
[0011]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，每一个GaN层的厚度大于等于50纳米。
[0012]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，每一个AlGaN层的厚度随着铝含量的增加而减小。
[0013]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，含铝缓冲层的反射率大于30％。
[0014]根据本专利技术的实施例，氮化物半导体结构的制造方法包括于硅基板上形成成核层、于成核层上形成含铝缓冲层以及于含铝缓冲层上形成超晶格层。含铝缓冲层的制程温度大于950℃。含铝缓冲层的铝含量沿着远离成核层的方向从90％渐变至10％。含铝缓冲层的形成步骤包括：交替形成M个AlGaN层和M个GaN层，M为大于1的正整数。
[0015]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构的制造方法中，M个AlGaN层各自的铝含量的渐变量为80％/M。
[0016]在根据本专利技术的实施例的氮化物半导体结构的制造方法中，超晶格层的形成步骤包括：交替形成N个AlGaN层和N个AlN层或N个GaN层和N个AlN层。N为介于25至40的正整数。
[0017]基于上述，在本专利技术的实施例的氮化物半导体结构中，设置于成核层上的含铝缓冲层具有多个彼此交叠的AlGaN层和GaN层。为了释放氮化物半导体结构在长晶过程中所产生的应变(strain)，这些AlGaN层的铝含量朝着远离成核层的方向逐渐减少。这些GaN层的设置能让这些AlGaN层间隔堆叠，除了可避免AlGaN层因厚度过大而产生过多应力累积的问题，还可用来释放这些AlGaN层成膜后所累积的应力，从而避免氮化物半导体结构在制程降温的过程中发生翘曲而影响后续制程的良率。另一方面，在本专利技术的实施例的氮化物半导体结构的制造方法中，通过将含铝缓冲层的制程温度设置为大于950℃，可进一步提升氮化物半导体结构的长晶质量。
附图说明
[0018]图1是依照本专利技术的第一实施例的氮化物半导体结构的剖视示意图；
[0019]图2是图1的超晶格层的放大示意图；
[0020]图3A至图3C是图1的氮化物半导体结构的制造流程的剖视示意图；
[0021]图4是依照本专利技术的第二实施例的氮化物半导体结构的剖视示意图；
[0022]图5是依照本专利技术的第三实施例的氮化物半导体结构的剖视示意图。
[0023]附图标记说明
[0024]100、100A、100B：氮化物半导体结构；
[0025]110：硅基板；
[0026]120：成核层；
[0027]141：第一子层；
[0028]142：第二子层；
[0029]130、130A、130B：含铝缓冲层；
[0030]131、1311、1312、131A、1311A、1312A、131B、1311B、1312B、1313B：AlGaN层；
[0031]132、1321、1322、1323：GaN层；
[0032]140：超晶格层；
[0033]150：元件层；
[0034]151：碳掺杂GaN层；
[0035]152：未刻意掺杂GaN层；
[0036]153：AlN层；
[0037]154：阻障层；
[0038]155：p型掺杂GaN层；
[0039]BL、BL
‑
A、BL
‑
B：缓冲结构层；
[0040]T1、T2、T3、T1”、T2”：厚度。
具体实施方式
[0041]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
[0042]图1是依照本专利技术的第一实施例的氮化物半导体结构的剖视示意图。图2是图1的超晶格层的放大示意图。图3A至图3C是图1的氮化物半导体结构的制造流程的剖视示意图。请参照图1，氮化物半导体结构100包括硅基板110、缓冲结构层BL和元件层150。缓冲结构层BL设置于硅基板110与元件层150之间。缓冲结构层BL包括依序设置于硅基板110上的成核层120、含铝缓冲层1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：硅基板；成核层，设置于所述硅基板上；以及含铝缓冲层，设置于所述成核层上，且具有彼此交叠的M个AlGaN层和M个GaN层，其中M为大于1且小于6的正整数；以及超晶格层，设置于所述含铝缓冲层上，所述含铝缓冲层的铝含量沿着所述成核层往所述超晶格层的方向从A渐变至B，每一所述M个AlGaN层的铝含量的渐变量为(A
‑
B)/M，其中A介于90％至100％，且B介于0％至10％。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体结构，其特征在于，所述M个AlGaN层为第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述M个GaN层为第一GaN层和第二GaN层，所述第一AlGaN层、所述第一GaN层、所述第二AlGaN层和所述第二GaN层依序设置于所述成核层上，其中所述第一AlGaN层的所述铝含量沿着所述成核层往所述第一GaN层的方向从90％渐变至50％，且所述第二AlGaN层的所述铝含量沿着所述第一GaN层往所述第二GaN层的方向从50％渐变至10％。3.根据权利要求2所述的氮化物半导体结构，其特征在于，所述超晶格层包括彼此交叠的N个AlGaN层和N个AlN层或N个GaN层和N个AlN层，每一所述N个AlGaN层或每一所述N个GaN层的厚度介于15纳米至25纳米之间，每一所述N个AlN层的厚度介于10纳米至20纳米之间，其中N为介于25至40的正整数。4.根据权利要求3所述的氮化物半导体结构，其特征在于，还包括：碳掺杂GaN层，设置于所述超晶格层上。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦佑麒，黄永立，朱俊宜，周圣伟，
申请(专利权)人：瀚宇彩晶股份有限公司，
类型：发明
国别省市：