都小于其應(yīng)力完全釋放時(shí)的臨界厚度。
[0030]滿足以上關(guān)系的復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層依次層疊生長(zhǎng)，即沿著外延生長(zhǎng)方向上，AlN層31的厚度逐漸減小，而GaN層32的厚度逐漸增大，直至第Ν+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中，第N+1 AlN層31的厚度減小為零，只剩下第N+1 GaN層32。
[0031]在第Ν+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上再依次外延生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層、第二型導(dǎo)電層等功能層，構(gòu)成半導(dǎo)體器件的完整外延結(jié)構(gòu)。
[0032]如圖2a所示，AlN在弛豫狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)為a0，GaN在弛豫狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)為b0，AlN的面內(nèi)晶格常數(shù)a0小于GaN的面內(nèi)晶格常數(shù)b0。若在AlN上外延生長(zhǎng)GaN，則GaN會(huì)在生長(zhǎng)平面內(nèi)與AlN的晶格保持匹配，其實(shí)際的面內(nèi)晶格常數(shù)為b。當(dāng)GaN的厚度小于臨界厚度In時(shí)，其實(shí)際的面內(nèi)晶格常數(shù)b介于a0和b0之間，SPaO〈 b〈 b0。此時(shí)GaN的面內(nèi)晶格被壓縮，在GaN材料中產(chǎn)生了壓應(yīng)力。壓應(yīng)力的大小隨GaN厚度的增加而增大。當(dāng)GaN的厚度達(dá)到臨界厚度hi時(shí)，壓應(yīng)力積累到了最大值，此時(shí)GaN晶格再也無法繼續(xù)支撐壓應(yīng)力，便以失配位錯(cuò)的方式將壓應(yīng)力釋放掉。釋放掉壓應(yīng)力以后的GaN晶格處于弛豫狀態(tài)，此時(shí)其實(shí)際面內(nèi)晶格常數(shù)b就等于在弛豫狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)b0。
[0033]反過來，如圖2b所示，若在GaN上外延生長(zhǎng)A1N，則AlN會(huì)在生長(zhǎng)平面內(nèi)與GaN的晶格保持匹配，其實(shí)際的面內(nèi)晶格常數(shù)為a。當(dāng)AlN的厚度小于臨界厚度匕時(shí)，其實(shí)際的面內(nèi)晶格常數(shù)a介于a0和b0之間，SPaO < a < b0。此時(shí)AlN的面內(nèi)晶格被拉伸，在AlN材料中產(chǎn)生了張應(yīng)力。張應(yīng)力的大小隨AlN厚度的增加而增大。當(dāng)AlN的厚度達(dá)到臨界厚度h2時(shí)，張應(yīng)力積累到了最大值，此時(shí)AlN晶格再也無法繼續(xù)支撐張應(yīng)力，便以失配位錯(cuò)的方式將張應(yīng)力釋放掉。釋放掉張應(yīng)力以后的AlN晶格處于弛豫狀態(tài)，此時(shí)其實(shí)際面內(nèi)晶格常數(shù)a就等于在弛豫狀態(tài)下的面內(nèi)晶格常數(shù)aO ο為了避免在GaN或者AlN中產(chǎn)生失配位錯(cuò)，就要求GaN或者AlN的厚度必須小于臨界厚度。
[0034]如圖1和圖3所示，本發(fā)明所述具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，采用AlN/GaN交替生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，每一層AlN層31都被夾在上下兩層GaN層32的中間，最底層的AlN層31除外。如第二 AlN層31被夾在第一GaN層32和第二GaN層32中間。因?yàn)镚aN的面內(nèi)晶格常數(shù)大于A1N，所以第一GaN層32和第二GaN層32會(huì)對(duì)夾在其中的第二AlN層31施加張應(yīng)力，使得第二AlN層31的面內(nèi)晶格常數(shù)增大。又由于第二 AlN層31的厚度小于臨界厚度，施加在第二 AlN層31上的張應(yīng)力無法完全釋放，因此不會(huì)產(chǎn)生失配位錯(cuò)。在生長(zhǎng)方向上，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，而每一組復(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，因此施加在AlN上的張應(yīng)力隨著復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3的層數(shù)增加而越來越大，AlN的實(shí)際面內(nèi)晶格常數(shù)也越來越大。直至第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中，第N AlN層31的晶格常數(shù)被拉伸至與GaN晶格處于弛豫狀態(tài)時(shí)的晶格常數(shù)相等，此時(shí)生長(zhǎng)于第N AlN層31上的第N GaN層32也處于弛豫狀態(tài)。生長(zhǎng)于第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上的第N+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中，第N+1 AlN層31的厚度減小為零，只剩下第N+1 GaN層32，其也處于弛豫狀態(tài)。
[0035]如圖1和圖4所示，本發(fā)明還公開一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層的制作方法，在襯底I上制作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。在AlN緩沖層2上生長(zhǎng)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。在生長(zhǎng)第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的第一 AlN層31時(shí)，采用脈沖法依次通入TMAl和NH3,脈沖周期為N。在第一 AlN層31生長(zhǎng)結(jié)束后，緊接著采用脈沖法依次通入TMGa和NH3,脈沖周期為I，用來生長(zhǎng)第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的第一 GaN層32。然后在第一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上生長(zhǎng)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。首先采用脈沖法依次通入TMAl和NH3,脈沖周期為N-1，生長(zhǎng)第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的第二AlN層31。緊接著采用脈沖法依次通入TMGa和NH3，脈沖周期為2，生長(zhǎng)第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的第二 GaN層32。以此類推，在第二組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上依次生長(zhǎng)各組復(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(zhǎng)，并且生長(zhǎng)AlN層時(shí)TMAl和NH3的脈沖周期都比生長(zhǎng)上一個(gè)AlN層時(shí)的TMAl和NH3的脈沖周期遞減I個(gè)，而生長(zhǎng)GaN層時(shí)TMGa和NH3的脈沖周期都比生長(zhǎng)上一個(gè)GaN層時(shí)的TMGa和NH3的脈沖周期遞增I個(gè)。直到生長(zhǎng)于第N組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3上的第N+ 1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3，在使用脈沖法生長(zhǎng)第N+1 AlN層31時(shí)，TMAl和NH3的脈沖周期都減小為0，即第N+1 AlN層31的厚度減小為零，因此第N+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中只剩下第N+1 GaN層32。采用脈沖法依次通入TMGa和冊(cè)3，脈沖周期為N+1，生長(zhǎng)第N+1組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層3中的第N+1 GaN層32。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于:在襯底上生長(zhǎng)AlN緩沖層，在AlN緩沖層上依次生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)方向逐漸增大。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于: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(shí)的臨界厚度。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于: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(shí)的臨界厚度。4.如權(quán)利要求1所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于:在多組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層上外延生長(zhǎng)功能層。5.如權(quán)利要求4所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于: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(zhǎng)第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層及第二型導(dǎo)電層。6.如權(quán)利要求1所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，其特征在于:襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底或者硅襯底。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的氮化物緩沖層，在襯底上生長(zhǎng)AlN緩沖層，在AlN緩沖層上依次生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)方向逐漸增大。并且每一組復(fù)合結(jié)構(gòu)緩沖層中的AlN層和GaN層的厚度都分別小于其應(yīng)力完全釋放時(shí)的臨界厚度。本發(fā)明可以避免在GaN外延層中產(chǎn)生失配位錯(cuò)，從而提高器件的性能和壽命。
【IPC分類】H01L33/12, H01L33/00
【公開號(hào)】CN105609603
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610117134
【發(fā)明人】陳凱軒, 姜偉, 林志偉, 卓祥景, 方天足, 汪洋, 童吉楚
【申請(qǐng)人】廈門乾照光電股份有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年3月2日