半导体外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体外延结构及其生长方法，该半导体外延结构包括：形成于衬底上的成核层；形成于所述成核层上的氮化物层，所述氮化物层包括第一氮化物层和第二氮化物层；位于所述第一氮化物层和第二氮化物层之间的插入层，所述插入层包括第一插入层和位于所述第一插入层上方的第二插入层，所述第一插入层为铝镓氮层，所述第二插入层为氮化硅层。本发明专利技术的半导体外延结构会大大降低氮化物的位错密度，提高氮化物的晶体质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，具体涉及ー种。
技术介绍
宽禁带半导体材料氮化镓由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，所以比硅和神化镓更适合于制作高温、高频、高压和大功率的器件。氮化镓器件在高频大功率微波器件方面有很好的应用前景，从20世纪90年代至今，氮化镓器件的研制一直是电子器件研究的热点之一。由于本征衬底的缺乏，III-V族氮化物通常都是生长在异质衬底上，比如说蓝宝石、碳化硅、硅、锗、铌酸锂等等。由于氮化物和这些异质材料直接的晶格失配和热失配，异质外延生长出来的氮化物材料通常都有很多的缺陷，包括龟裂、位错、杂质等等。其中，异质 外延生长得到的氮化物中的位错密度通常都在lE8/cm2以上，甚至超过lE9/cm2。这些大量的位错会大大降低器件的性能，比如说在LED结构中，位错是有源区非辐射复合的重要原因之一。为了提高LED的内量子效率，降低位错密度是非常重要的。在现有技术中，人们使用了很多种办法来降低位错密度，包括成核层的优化、侧向外延和各种不同的插入层技木。氮化硅(SiN)插入层技术是ー种广为应用的ー种办法，在SiN插入层得到优化后，它可以把位错的密度降低ー个数量级。但是，氮化硅(SiN)插入层的制备通常是通过在MOVPE系统内，混合NH3和SiH4或者Si2H6等气体得到。但是，人们也发现，氮化镓表面可以被SiH4或者Si2H6腐蚀，引起表面的起伏，降低SiN插入层的效能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。所述外延层结构为含有复合插入层的结构，在SiN插入层的下面，另外引入ー层铝镓氮插入层，由于铝镓氮层的保护作用，下面的氮化物层(如氮化镓)就不会被被SiH4或者Si2H6腐蚀，除了降低氮化物的位错密度外，还可以起到进ー步提高氮化物晶体质量的作用。为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下本专利技术公开了ー种半导体外延结构，包括形成于衬底上的成核层；形成于所述成核层上的氮化物层，所述氮化物层包括第一氮化物层和第二氮化物层；位于所述第一氮化物层和第二氮化物层之间的插入层，所述插入层包括第一插入层和位于所述第一插入层上方的第二插入层，所述第一插入层为铝镓氮层，所述第二插入层为氮化硅层。作为本专利技术的进ー步改进，所述第一插入层的厚度大于等于ー个原子层的厚度.作为本专利技术的进ー步改进，所述第一插入层中铝的组分大于等于1%。作为本专利技术的进ー步改进，所述第一插入层中铝的组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构。作为本专利技术的进ー步改进，所述第二插入层中含有铝元素。作为本专利技术的进ー步改进，所述半导体外延结构还包括形成于所述氮化物层上的有源区，所述有源区选自铟镓氮/镓氮多量子阱结构和P型氮化物构成的发光二极管、铝镓氮/氮化镓异质结构成的高电子迁移率晶体管、铝镓铟氮/氮化镓异质结构成的高电子迁移率晶体管、氮化铝/氮化镓异质结构成的高迁移率三极管、氮化镓M0SFET、υν-LED、光电探測器、氢气产生器或太阳能电池。作为本专利技术的进ー步改进，所述成核层为铝镓氮层、铝铟镓氮层、氮化铝层或氮化镓层。 作为本专利技术的进ー步改进，所述氮化物层为氮化镓层、铝铟镓氮层或铝镓氮层。作为本专利技术的进ー步改进，所述第一插入层中掺杂有硅或锗，以实现η型掺杂。作为本专利技术的进ー步改进，所述氮化物层中掺杂有硅和/或锗，以实现η型掺杂。作为本专利技术的进ー步改进，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、绝缘衬底硅、氮化镓或氮化铝中的ー种。本专利技术还公开了ー种半导体外延结构的生长方法，包括(I)提供ー衬底；(2)在所述衬底上生长成核层；(3)在所述成核层上生长第一氮化物层；(4)在所述第一氮化物层上生长第一插入层；(5)在所述第一插入层上生长第二插入层；(6)在所述第二插入层上生长第二氮化物层。与现有技术相比，本专利技术的优点如下本专利技术分别在衬底上生长成核层和氮化物层，然后在氮化物层中生长插入层，插入层包括第一插入层和及位于所述第一插入层上方的第二插入层，第一插入层为铝镓氮层，第二插入层为氮化硅层。所述外延层结构为含有复合插入层的结构，在SiN插入层的下面，另外引入ー层铝镓氮插入层，由于铝镓氮层的保护作用，下面的氮化物层(如氮化镓)就不会被被SiH4或者Si2H6腐蚀，除了降低氮化物的位错密度外，还可以起到进ー步提高氮化物晶体质量的作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I所示为本专利技术第一实施例中半导体外延结构的示意图。具体实施例方式本专利技术实施例公开了ー种半导体外延结构，包括形成于衬底上的成核层；形成于所述成核层上的氮化物层，所述氮化物层包括第一氮化物层和第二氮化物层；位于所述第一氮化物层和第二氮化物层之间的插入层，所述插入层包括第一插入层和位于所述第一插入层上方的第二插入层，所述第一插入层为铝镓氮层，所述第二插入层为氮化硅层。相应地，本专利技术实施例还公开了一种半导体外延结构的生长方法，包括(I)提供ー衬底；(2)在所述衬底上生长成核层； (3)在所述成核层上生长第一氮化物层；(4)在所述第一氮化物层上生长第一插入层；(5)在所述第一插入层上生长第二插入层；(6)在所述第二插入层上生长第二氮化物层。本专利技术采用复合插入层(第一插入层和第二插入层)结构，不仅降低了氮化物的位错密度，还进ー步提高了氮化物的晶体质量。以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。图I所示为本专利技术第一实施例中半导体外延结构的示意图。參图I所示，在本专利技术的第一实施方式中，衬底11上生长的外延多层结构包括成核层12、氮化物层13、位于氮化物层13中的插入层14以及形成于氮化物层13上的有源区(图未不)。氮化物层13包括第一氮化物层131和第二氮化物层132,插入层14位于第一氮化物层131和第二氮化物层132之间。衬底11为蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、绝缘衬底硅、氮化镓或氮化铝中的ー种。成核层12为铝镓氮层、铝铟镓氮层、氮化铝层或氮化镓层，在成核层12中可以故意引入缺陷，避免了在插入层14上下引起不必要的导电层。第一氮化物层131和第二氮化物层132为氮化镓层、铝铟镓氮层或铝镓氮层，第一氮化物层131或第二氮化物层132可以加入硅或锗中的ー种或两种以实现η型掺杂。插入层14为双层结构，自下而上分别为第一插入层141和第二插入层142，其中，第一插入层141是铝镓氮层，第二插入层142是氮化硅层。第一插入层141的厚度大于等于ー个原子层的厚度，所述第一插入层中铝的组分大于等于1%，且为均匀分布。第一插入层141中可以加入硅或锗中的ー种，以实现η型掺杂。有源区可以选自铟镓氮/镓氮多量子阱结构和P型氮化物构成的发光二极管、铝镓氮/氮化镓异质结构成的高电子迁移率晶体管、铝镓铟氮/氮化镓异质结构成的高电子迁移率晶体管、氮化铝/氮化镓异质结构成的高迁移率三极管、氮化镓MOSFET、UV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体外延结构，其特征在于，包括：形成于衬底上的成核层；形成于所述成核层上的氮化物层，所述氮化物层包括第一氮化物层和第二氮化物层；位于所述第一氮化物层和第二氮化物层之间的插入层，所述插入层包括第一插入层和位于所述第一插入层上方的第二插入层，所述第一插入层为铝镓氮层，所述第二插入层为氮化硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，
申请(专利权)人：程凯，
类型：发明
国别省市：