[發明專利]氮化鋁外延結構，其制備方法以及半導體器件

有效

• 申請號: 202210145873.6
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114203529B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 王國斌;閆其昂
• 申請（專利權）人: 江蘇第三代半導體研究院有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;C23C16/34
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 蘇張林;唐靈

1.一種氮化鋁外延結構，其特征在于，包括襯底以及生長于襯底上的超晶格緩沖層，所述超晶格緩沖層上具有外延生長的氮化鋁外延層；其中，所述超晶格緩沖層包括多個依次疊置的緩沖單元，每個緩沖單元均由氮化硼緩沖層以及氮化鋁緩沖層組成；所述超晶格緩沖層的起始層為氮化硼緩沖層，終止層為氮化鋁緩沖層；所述氮化硼緩沖層和氮化鋁緩沖層是在同一反應腔室中沉積得到的，所述氮化鋁外延層的厚度為1-5μm。

2.根據權利要求1所述的一種氮化鋁外延結構，其特征在于，所述襯底為藍寶石襯底或硅襯底。

3.根據權利要求1所述的一種氮化鋁外延結構，其特征在于，所述氮化硼緩沖層和氮化鋁緩沖層的總層數為16~20層。

4.根據權利要求1所述的一種氮化鋁外延結構，其特征在于，所述超晶格緩沖層的厚度為20~200nm。

5.一種氮化鋁外延結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1. 提供一襯底；

S2. 在所述襯底上生長氮化硼緩沖層；

S3. 在所述氮化硼緩沖層上生長氮化鋁緩沖層；

S4. 重復多次S2~S3步驟，在襯底上形成多個依次疊置的緩沖單元，得到超晶格緩沖層；其中，每個緩沖單元均由氮化硼緩沖層以及氮化鋁緩沖層組成，且所述超晶格緩沖層的起始層為氮化硼緩沖層，終止層為氮化鋁緩沖層；

S5. 在所述超晶格緩沖層上生長氮化鋁外延層，得到所述氮化鋁外延結構；

其中，在生長氮化硼緩沖層時，在第T₀時間向反應腔室中通入硼源，在第T₁時間向反應腔室中通入氮源，在第T₂時間停止通入硼源，在第T₃時間停止通入氮源，從而沉積得到氮化硼緩沖層；T₀、T₁、T₂、T₃滿足以下關系：T₁-T₀=5~10s，T₂-T₀=8~20s，T₂-T₁=3~10s，T₃-T₁=10~60s，T₃-T₂＞T₂-T₁；

在生長氮化鋁緩沖層時，在第T₄時間向反應腔室中通入鋁源，在第T₅時間向反應腔室中通入氮源，在第T₆時間停止通入鋁源，在第T₇時間停止通入氮源，從而沉積得到氮化鋁緩沖層；T₄、T₅、T₆、T₇滿足以下關系：T₅-T₄=5~10s，T₆-T₄=10~30s，T₆-T₅=3~10s，T₇-T₅=10~60s，T₇-T₆＞T₆-T₅；

每生長得到一層緩沖層后，控制反應腔室的溫度為1000~1200℃，進行保溫處理；其中，所述緩沖層為所述氮化硼緩沖層或所述氮化鋁緩沖層，第i層緩沖層的保溫處理的時間為ΔT_i，第i+1層緩沖層的保溫處理的時間為ΔT_i+1，ΔT_i、ΔT_i+1滿足以下關系：ΔT_i+1＞ΔT_i。

6.根據權利要求5所述的一種氮化鋁外延結構的制備方法，其特征在于，步驟S2中，在生長氮化硼緩沖層之前，還包括清洗襯底的步驟：將襯底置于反應腔室內，控制反應腔室的溫度為1000~1100℃，向反應腔室內通入H₂對襯底表面進行熱清洗，所述熱清洗的時間為3~10min。