[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

本發明公開了一種氮化鋁外延結構，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。本發明還公開了所述氮化鋁外延結構的制備方法以及包含所述氮化鋁外延結構的半導體器件。本發明提供的氮化鋁外延結構，解決了在異質襯底上生長氮化鋁外延層時由于晶格失配而導致的高缺陷密度和晶片開裂等技術問題，并可獲得高質量的氮化鋁單晶外延層。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，具體涉及一種氮化鋁外延結構，其制備方法以及半導體器件。

背景技術

氮化鋁（AlN）具有超寬禁帶寬度（6.2eV）、高熱導率（340W/mK）、高擊穿場強（11.7MV/cm）、良好的紫外透過率、化學和熱穩定性等優異性能，是制備高溫、高頻和高功率電子器件以及高Al組分深紫外光電器件的理想材料。

由于AlN單晶生長非常困難，所以其襯底材料往往使用異質襯底，比如藍寶石或硅襯底。異質外延通常使用兩步生長法，選擇緩沖層時需要考慮應力的影響。例如在GaN異質外延中常常使用AlN緩沖層，原因是Al原子比Ga原子小，這樣，在AlN緩沖層上生長的GaN受到的就是壓應力，外延層就能持續生長而不會出現裂紋。但是，在金屬有機氮化物中，Al原子和AlN的晶格常數最小，因此難以找到為AlN外延層提供壓應力的金屬有機氮化物材料。目前的做法只能用AlN本身作為緩沖層，但是AlN的遷移性能較差，難以生長形成良好的二維AlN晶體薄膜。而且由于以AlN為緩沖層時無法為后續的外延層引入壓應力，特別是在晶格差異更大的硅襯底上，AlN外延層的裂紋問題將會非常突出，外延厚度受限不能長厚，這些因素都制約著AlN材料的高質量生長。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足之處，提供了一種氮化鋁外延結構，解決了在異質襯底上生長氮化鋁外延層時由于晶格失配而導致的高缺陷密度和晶片開裂等技術問題，可獲得高質量的氮化鋁單晶薄膜。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明提供了一種氮化鋁外延結構，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。

進一步地，所述襯底為藍寶石襯底或硅襯底。

進一步地，所述氮化硼緩沖層和氮化鋁緩沖層的總層數為16~20層。

進一步地，所述超晶格緩沖層的厚度為20~200nm。

本發明還提供了一種氮化鋁外延結構的制備方法，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；