一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，為了在藍(lán)寶石、碳化硅、硅等襯底上采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法獲得高質(zhì)量的GaN外延層，通常需要在低溫下沉積一層GaN或者AlN緩沖層，然后在緩沖層上生長GaN外延層。越來越多的研究表明，使用物理氣相沉積(PVD)的方法，可以在襯底上形成更加均勻致密、與襯底結(jié)合力更強(qiáng)的AlN緩沖層。美國專利公開號為US20140264363A1公開了使用PVD法沉積具有XRD(002)FWHM〈15弧秒且表面粗糙度<2nm的AlNI1
[0003]在沉積AlN緩沖層后，需要使用MOCVD在AlN緩沖層上生長GaN外延層。由于AlN和GaN兩者之間有2.5%的晶格失配，若直接在AlN緩沖層上生長GaN外延層，會在兩種材料之間產(chǎn)生應(yīng)力。該應(yīng)力會隨著GaN厚度的增加而逐漸積累，直到GaN的厚度超過臨界厚度，應(yīng)力將通過失配位錯的方式被釋放，而位于GaN外延層中的失配位錯將嚴(yán)重影響器件的性能和壽命O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，以避免在GaN外延層中產(chǎn)生失配位錯，從而提高器件的性能和壽命。
[0005]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，在襯底上生長AlN緩沖層，在AlN緩沖層上依次生長由下層為AlN層和上層為GaN層構(gòu)成的多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的厚度相同，多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的AlN層的厚度沿生長方向逐漸減小直至為零，多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的GaN層的厚度沿生長方向逐漸增大。
[0006]進(jìn)一步，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的AlN層的厚度小于其應(yīng)力完全釋放時的臨界厚度。
[0007]進(jìn)一步，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的GaN層的厚度小于其應(yīng)力完全釋放時的臨界厚度。
[0008]進(jìn)一步，在多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層上外延生長功能層。
[0009]進(jìn)一步，功能層由第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層及第二型導(dǎo)電層構(gòu)成，在多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層上依次外延生長第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層及第二型導(dǎo)電層。
[0010]進(jìn)一步，襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底。
[0011]—種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層制作方法，包括以下步驟:
一，在襯底上制作AlN緩沖層；
二，在AlN緩沖層上依次生長多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層，每組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的AlN層和GaN層都使用脈沖法生長，并且生長AlN層時TMAl和NH3的脈沖周期都比生長上一個AlN層時的TMAl和NH3的脈沖周期遞減I個，而生長GaN層時TMGa和NH3的脈沖周期都比生長上一個GaN層時的TMGa和NH3的脈沖周期遞增I個，直至生長最后一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的AlN層時，TMAl和NH3的脈沖周期都減小為O。
[0012]進(jìn)一步，AlN緩沖層采用PVD、M0CVD、HVPE(氫化物氣相外延)或者ALD(原子層沉積)方法沉積在襯底上。
[0013]進(jìn)一步，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的AlN層的厚度小于其應(yīng)力完全釋放時的臨界厚度。
[0014]進(jìn)一步，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的GaN層的厚度小于其應(yīng)力完全釋放時的臨界厚度。
[0015]進(jìn)一步，在多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層上外延生長功能層。
[0016]進(jìn)一步，功能層由第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層及第二型導(dǎo)電層構(gòu)成，在多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層上依次外延生長第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層及第二型導(dǎo)電層。
[0017]進(jìn)一步，襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底。
[0018]采用上述方案后，本發(fā)明在AlN緩沖層上依次生長由下層為AlN層和上層為GaN層構(gòu)成的多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的厚度相同，多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的AlN層的厚度沿生長方向逐漸減小直至為零，多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的GaN層的厚度沿生長方向逐漸增大，從而能夠調(diào)制AlN和GaN外延層中的應(yīng)力，避免產(chǎn)生失配位錯，進(jìn)而提高器件的性能和壽命。
[0019]同時，本發(fā)明具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層制作方法，能夠精確控制外延層的厚度，提高原子的表面迀移率，從而獲得表面更加平整、厚度均勻性更好的外延層。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a和圖2b是本發(fā)明AlN層與GaN層晶格失配狀態(tài)不意圖；
圖3是本發(fā)明AlN層與GaN層晶格配合狀態(tài)示意圖；
圖4是本發(fā)明的制作方法示意圖。
[0021]標(biāo)號說明
襯底IAlN緩沖層2
復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3 AlN層31 GaN層32。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0023]參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明揭示的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，在襯底I上有AlN緩沖層2A1N緩沖層2可以采用PVD、M0CVD、HVPE(氫化物氣相外延)或者ALD(原子層沉積)等方法沉積在襯底I上。
[0024]在AlN緩沖層2上依次生長由下層為AlN層31和上層為GaN層32構(gòu)成的多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3，具體為在AlN緩沖層2上生長第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3。第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3由第一 AlN層31和第一 GaN層32構(gòu)成。然后在第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上生長第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3。第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3由第二 AlN層31和第二 GaN層32構(gòu)成。以此類推，在第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上依次生長各組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層，一直到第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3，N為正整數(shù)。第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3由第N AlN層31和第N GaN層32構(gòu)成。在第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上生長第N+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3。第N+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3由第N+1 AlN層31和第N+1GaN層32構(gòu)成。
[0025]沿著外延生長方向，定義第η組(η= 1，2，…N，Ν+1)復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層的厚度為Τ(η)，其中第n AlN層的厚度為Α(η)，第n GaN層的厚度為Β(η)，則Τ(η)、Α(η)、Β(η)滿足關(guān)系式 T(n) = A(n) + B(n)，即 T(I) = A(I) + B(I), T(2) = A(2) + B ⑵，...T(N) = A(N)+ B(N)，T(N+1) = A(N+1) + B(N+1)。為了調(diào)制復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的應(yīng)力，每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3都具有相同的厚度，S卩T(n)滿足關(guān)系式T(I) = Τ(2) =...= T(N) = Τ(Ν+1)。
[0026]每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的AlN層31的厚度都比上一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的AlN層31的厚度減小，S卩Α(η)滿足關(guān)系式A(I) > Α(2) >...A(N) > Α(Ν+1)，多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的AlN層31的厚度沿生長方向逐漸減小直至為零。如圖1所示，最上組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中只包含GaN層32，而AlN層31的厚度為零，而最底層AlN層31的厚度最大。
[0027]每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的AlN層31的厚度都小于其應(yīng)力完全釋放時的臨界厚度。
[0028]每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的GaN層32的厚度都比上一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的GaN層32的厚度增大，S卩Β(η)滿足關(guān)系式B(I) < Β(2) <...B(N) < Β(Ν+1)。多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的GaN層32的厚度沿生長方向逐漸增大。
[0029]每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的GaN層32的厚度