[發明專利]一種基于ScAlMgO4

在審

• 申請號: 202310090268.8
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116093156A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 鐘玉煌;張海濤;劉良宏;潘華
• 申請（專利權）人: 無錫吳越半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/205;H01L21/335
• 代理公司: 無錫智麥知識產權代理事務所(普通合伙) 32492
• 代理人: 宋雪瑩

本發明公開了一種基于ScAlMgOsubgt;4/subgt;襯底的GaN外延結構，該外延結構包括依次層疊的ScAlMgOsubgt;4/subgt;襯底，緩沖層，GaN?3D島狀生長層，GaN?2D層狀生長層和HT?GaN生長層，其特點在于：在GaN?2D層狀生長層和HT?GaN生長層之間具有GaN?3D粗糙/GaN?2D恢復超晶格生長層和AlN插入層，AlN插入層與HT?GaN生長層接觸。與改進前相比，本發明改進后的GaN外延結構可進一步降低ScAlMgOsubgt;4/subgt;襯底上外延生長GaN薄膜的缺陷密度，氮化鎵的XRD(002)和(102)的半峰寬可進一步降至180arcsec以下。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種基于ScAlMgO₄襯底的GaN外延結構。

背景技術

GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩定性好(幾乎不被任何酸腐蝕)等性質和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。長期以來由于GaN材料與Si、藍寶石等襯底材料的晶格失配沒有得到很好的解決，導致GaN外延片的非輻射缺陷密度相當高。

與其它傳統襯底材料相比，鋁鎂酸鈧(ScAlMgO₄)與氮化鎵的晶格失配率約1.8％，熱膨脹系數失配也比其它傳統襯底材料低，是一種理想的氮化鎵外延生長襯底。申請人在專利ZL202220974186.0，CN?217444336?U中公開了一種基于ScAlMgO₄襯底的GaN外延結構，本發明是在該專利的基礎上，進一步優化外延結構，提升GaN薄膜的質量。

發明內容

為了提高以鋁鎂酸鈧為襯底外延生長氮化鎵薄膜的質量，本發明提供一種改進的外延結構。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于ScAlMgO₄襯底的GaN外延結構，包括依次層疊的ScAlMgO₄襯底，緩沖層，GaN?3D島狀生長層，GaN?2D層狀生長層和HT-GaN生長層，其特點在于：在GaN?2D層狀生長層和HT-GaN生長層之間具有GaN?3D粗糙/GaN?2D恢復超晶格生長層和AlN插入層，AlN插入層與HT-GaN生長層接觸。

優選地，所述GaN?3D粗糙/GaN?2D恢復超晶格生長層由GaN?3D粗糙生長層和GaN2D恢復生長層交替構成，交替次數為2～10，GaN?3D粗糙生長層的厚度為100nm～1000nm，GaN?2D恢復生長層的厚度為200nm～2000nm。通過交替生長的Rough層和Recovery層釋放GaN生長時所產生的應力。

優選地，GaN?3D粗糙生長層和GaN?2D恢復生長層的厚度與交替次數成反比。

優選地，所述AlN插入層的厚度為1nm～500nm。AlN插入層可以增加對GaN的面內壓力從而與生長GaN過程所產生的張應力相抵消。

引入GaN?3D粗糙/GaN?2D恢復超晶格生長層后，可以降低改進前GaN?2D層狀生長層的厚度。優選地，所述GaN?2D層狀生長層的厚度為200nm～1200nm。

優選地，所述ScAlMgO₄襯底以(001)面偏(110)面0～0.3度為外延面。

優選地，所述緩沖層為AlN、InAlGaN、GaN或AlGaN緩沖層。

優選地，所述緩沖層的厚度為1nm～100nm。

優選地，所述GaN?3D島狀生長層的厚度為200nm～1200nm。

優選地，所述HT-GaN生長層的厚度為1000nm～5000nm。