[發(fā)明專利]含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611038436.5
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106783533B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝茂盛;袁根如;張楠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法，包括以下步驟：1）提供襯底；2）在所述襯底上形成III?V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；3）在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。本發(fā)明的外延生長方法能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時(shí)間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法。

背景技術(shù)

AlGaN材料具有高溫穩(wěn)定性好、搞的介質(zhì)擊穿強(qiáng)度、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、通過Al組分變化可實(shí)現(xiàn)禁帶寬度從3.4eV～6.2eV可調(diào)，從而涵蓋了波長從365nm～200nm的紫外波段，在紫外探測器、紫外LED及HEMTs器件方面具有重要的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用橫向外延生長技術(shù)制備AlGaN材料，主要包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面形成凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)或在所述襯底表面形成掩膜層之后，在所述掩膜層內(nèi)形成開口，并在所述開口內(nèi)形成突出于所述掩膜層表面的凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)采用橫向外延生長工藝在所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)表面及所述襯底表面形成AlGaN材料。

然而，在生長條件下，由于Al原子在氮化物表面的遷移速率非常慢，采用上述橫向外延生長制備所述AlGaN時(shí)，要使得相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)連起來并得到表面平整的AlGaN材料層非常困難，表面也容易形成裂紋，晶體質(zhì)量不高。要得到一定厚度且表面平整的AlGaN材料層不但需要較高的生長溫度條件，而且生長時(shí)間也較長，生長成本較高。

同樣，采用橫向外延生長工藝制備其他含Al氮化物材料時(shí)存在與AlGaN同樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用橫向外延生長工藝制備含Al氮化物材料時(shí)，由于Al原子遷移速率較慢而導(dǎo)致的生長條件比較苛刻、所需生長溫度高、生長時(shí)間長、生長成本較高、容易形成表面裂紋和晶體質(zhì)量不高等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法。所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法至少包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)包括以下步驟：

2-1)在所述襯底表面形成掩膜層；

2-2)在對應(yīng)于后續(xù)要形成所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)的所述掩膜層內(nèi)形成貫穿所述掩膜層的開口；

2-3)在所述開口內(nèi)填充III-V族氮化物填充層，所述III-V族氮化物填充層填滿所述開口，并形成突出于所述掩膜層表面的所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2-1)中還包括在所述襯底與所述掩膜層之間形成III-V族氮化物層的步驟。