本實用新型涉及半導體器件領域，特別是涉及一種含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的半導體器件。

背景技術：

Ⅲ族氮化物半導體材料被譽為是第三代半導體材料，包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)以及他們之間形成的三、四元合金，如氮鎵鋁(AlGaN)、氮鋁銦(InAlN)和氮鎵銦(InGaN)。以氮化鎵(GaN)為主的Ⅲ族氮化物半導體材料具有寬的直接代隙(Eg＝3.36eV)、高熔點、高熱導率、高飽和電子速率、高臨界擊穿電場強度和高電子室溫遷移率，被廣泛應用于金屬半導體場效應晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質結場效應晶體管(HFET)、發(fā)光二極管(LED)等耐高溫、高壓和高頻交換器件。

由于目前很難得到大尺寸的Ⅲ族氮化物單晶體材料，為了獲得高質量的Ⅲ族氮化物外延層，一般通過在硅、藍寶石或碳化硅等襯底材料上進行異質外延生長。但是隨著Ⅲ族氮化物外延層厚度的增加，Ⅲ族氮化物薄膜上會產生較多的位錯缺陷和較大的內應力，導致Ⅲ族氮化物外延層裂紋，嚴重影響半導體器件的性能。

技術實現要素：

基于此，有必要針對隨著Ⅲ族氮化物外延層厚度的增加，Ⅲ族氮化物薄膜上會產生較多的位錯缺陷和較大的內應力的問題，提供一種含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的半導體器件。

一種含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的半導體器件，其特征在于，包括：

襯底；

籽晶層，所述籽晶層設在所述襯底的上部；

緩沖層，所述緩沖層設置在所述籽晶層的上部；

Ⅲ族氮化物外延層，所述Ⅲ族氮化物外延層設置在所述緩沖層的上部；

以及插入層，所述插入層設置在所述Ⅲ族氮化物外延層中間，所述插入層包括氮鎵鋁層和氮鎵銦層。

在其中一個實施例中，所述插入層包括單層氮鎵鋁層和單層氮鎵銦層。

在其中一個實施例中，所述氮鎵鋁層和/或氮鎵銦層為多層，且所述氮鎵銦層與所述氮鎵鋁層交替層疊。

在其中一個實施例中，當所述氮鎵鋁層有多層時，每一層所述氮鎵鋁層中鋁的摻雜濃度是不同的，所述氮鎵鋁層中鋁的摻雜濃度小于等于1。

在其中一個實施例中，所述Ⅲ族氮化物外延層設置多個所述插入層。

在其中一個實施例中，所述襯底為藍寶石襯底、硅襯底或碳化硅襯底。

在其中一個實施例中，所述籽晶層為氮化鋁層和/或氮鎵鋁層。

在其中一個實施例中，所述緩沖層為氮化鋁層和/或氮鎵鋁層。

在其中一個實施例中，所述Ⅲ族氮化物外延層包括氮化鎵外延層及氮鎵鋁外延層中的至少一層，且所述Ⅲ族氮化物外延層中具有由氮化鎵外延層與氮鎵鋁外延層構成的異質結構。

上述半導體器件，在Ⅲ族氮化物外延層中間插入一個氮鎵鋁層與氮鎵銦層層疊設置的插入層，通過變更鋁摻雜濃度調整插入層中氮鎵鋁層的結構構造，有效緩解Ⅲ族氮化物外延層與襯底之間的晶格失配和熱失配；并且插入層中的壓應力可以補償Ⅲ族氮化物外延層中的一部分張應力，有效減少Ⅲ族氮化物外延層的位錯和張應力。因此，通過含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的設置可以得到高質量的Ⅲ族氮化物外延層。

附圖說明

圖1為一實施方式的含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的半導體器件的結構示意圖；

圖2為一實施方式的含有氮鎵鋁和氮鎵銦的插入層的半導體器件的插入層的結構示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型的含有硅摻雜氮化鋁層的半導體器件及其制造方法進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，一實施方式的半導體器件包括襯底101、籽晶層102、緩沖層103、第一Ⅲ族氮化物外延層104、插入層105以及第二Ⅲ族氮化物外延層106。

在本實施方式中，襯底101的材料選擇除了要考慮晶格失配度、材料的熱膨脹系數，還要綜合考慮材料的尺寸和價格。在本實施方式中，襯底101的材料選用硅?？梢岳斫?，在其他實施方式中，襯底101的材料還可以為藍寶石或碳化硅等。

籽晶層102位于襯底101的上表面，主要作用是在襯底表面形成成核點，有利于Ⅲ族氮化物在襯底上形核和生長。在本實施方式中，籽晶層102的材料是氮化鋁。籽晶層102由一層或多層氮化鋁層構造而成。優(yōu)選的，籽晶層102的厚度小于等于500nm?？梢岳斫?，在其他實施方式中，籽晶層102的材料是氮鎵鋁、氮化鎵、氮化硅等其他Ⅲ族氮化物，或幾者的組合。籽晶層102是含有氮化鋁層、氮化鎵層、氮化硅層等其他Ⅲ族氮化物層構成的一層或多層結構。

緩沖層103位于籽晶層102的上部，主要作用是有效緩解Ⅲ族氮化物外延層與襯底之間的晶格失配和熱失配，減少了Ⅲ族氮化物外延層因應力產生的應變，降低了位錯和缺陷的發(fā)生。在本實施方式中，緩沖層103的材料是氮鎵鋁。緩沖層103由一層或多層氮鎵鋁層構造而成。優(yōu)選的，緩沖層103的厚度小于等于5um?？梢岳斫猓谄渌麑嵤┓绞街?，緩沖層103的材料是氮化鋁、氮化鎵、氮化硅等其他Ⅲ族氮化物，或幾者的組合。緩沖層103是含有氮化鋁層、氮化鎵層、氮化硅層等其他Ⅲ族氮化物層構成的一層或多層結構。

Ⅲ族氮化物外延層由第一Ⅲ族氮化物外延層104和第二Ⅲ族氮化物外延層106構成。第一Ⅲ族氮化物外延層104位于緩沖層103的上部，第二Ⅲ族氮化物外延層106位于第一Ⅲ族氮化物外延層104的上部。在本實施方式中，第一Ⅲ族氮化物外延層104的材料是氮化鎵，第二Ⅲ族氮化物外延層106的材料是氮鎵鋁。

在氮化鎵外延層和氮鎵鋁外延層之間構成一個氮鎵鋁/氮化鎵異質結構，氮鎵鋁/氮化鎵異質結構是半導體器件的核心部件。在氮鎵鋁/氮化鎵異質結構界面形成三角形勢阱，電子的德布羅意波長比勢阱的寬度大，垂直于表面方向上的能量將發(fā)生量子化形成子能帶，電子在垂直表面方向的運動喪失了自由度，只存在沿表面兩個方向的自由度，這些勢阱中具有很高的遷移速度的電子即為二維電子氣(2DEG)。

可以理解，在其他實施方式中，第一Ⅲ族氮化物外延層104的材料是氮嫁鋁或氮鎵銦等其他Ⅲ族氮化物，第二Ⅲ族氮化物外延層106的材料是氮化鎵或氮化銦等其他Ⅲ族氮化物。Ⅲ族氮化物外延層為一層第一Ⅲ族氮化物外延層104與一層第二Ⅲ族氮化物外延層106構成的兩層結構、兩層第一Ⅲ族氮化物外延層104與一層第二Ⅲ族氮化物外延層106構成的三層結構、一層第一Ⅲ族氮化物外延層104與兩層第二Ⅲ族氮化物外延層106構成的三層結構、兩層第一Ⅲ族氮化物外延層104與兩層第二Ⅲ族氮化物外延層106構成的四層結構等包括第一Ⅲ族氮化物外延層104及第二Ⅲ族氮化物外延層106構成的多層結構，且Ⅲ族氮化物外延層具有至少一個異質結構。

插入層105位于Ⅲ族氮化物外延層的中間，主要作用是使后續(xù)生長的外延層處于壓應變狀態(tài)，減少外延層中的應力和位錯，進而消除外延層中的裂紋，得到高質量無裂紋的Ⅲ族氮化物外延層。在本實施方式中，插入層105位于第一Ⅲ族氮化物外延層104的中間，插入層105的材料是氮鎵銦和氮鎵鋁，其中氮化鋁材料可以根據外延層生長要求變更鋁摻雜濃度(鋁相對于氮化鋁層的質量分數)。優(yōu)選的，插入層105的厚度小于等于100nm。

如圖2所示，插入層105為氮鎵鋁層111與氮鎵銦層112依次交替層疊成長構成的超晶格層結構。其中，插入層105中第二層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度相對于第一層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度增加15％，第三層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度相對于第一層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度增加35％，第三層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度相對于第一層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度增加60％。插入層105中每一層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度可以是不固定的，每一層氮鎵鋁層111中鋁的摻雜濃度可以根據Ⅲ族氮化物外延層的生長需求進行調整，可以是不規(guī)律變化的。優(yōu)選的，氮鎵鋁層111中鋁的摻雜濃度不超過1。

可以理解，在其他實施方式中，插入層105可以是單層氮鎵鋁層111與單層氮鎵銦層112構成的兩層結構、兩層氮鎵鋁層111與單層氮鎵銦層112構成的三層結構、單層氮鎵鋁層111與兩層氮鎵銦層112構成的三層結構、兩層氮鎵鋁層111與兩層氮鎵銦層112構成的四層結構、三層氮鎵鋁層111與兩層氮鎵銦層112構成的五層結構等氮鎵鋁層111與氮鎵銦層112交替層疊成長構成的超晶格層結構。其中，插入層105中每一層氮鎵鋁層111中的鋁的摻雜濃度可以是固定的，也可以是不固定的。每一層氮鎵鋁層111中鋁的摻雜濃度可以根據Ⅲ族氮化物外延層的生長需求進行調整，可以是規(guī)律變化的，也可以是不規(guī)律變化的。優(yōu)選的，氮鎵鋁層111中鋁的摻雜濃度不超過1。

可以理解，在其他實施例中，在第一Ⅲ族氮化物外延層104和第一Ⅲ族氮化物外延層106中存在多個包含氮鎵鋁層111與氮鎵銦層112的插入層105。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。