[发明专利]一种具有复合结构的氮化物缓冲层

说明书

技术领域

本发明涉及二极管技术领域，尤其是指一种具有复合结构的氮化物缓冲层。

背景技术

现有技术中，为了在蓝宝石、碳化硅、硅等衬底上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法获得高质量的GaN外延层，通常需要在低温下沉积一层GaN或者AlN缓冲层，然后在缓冲层上生长GaN外延层。越来越多的研究表明，使用物理气相沉积（PVD）的方法，可以在衬底上形成更加均匀致密、与衬底结合力更强的AlN缓冲层。美国专利公开号为US20140264363A1公开了使用PVD法沉积具有XRD（002）FWHM<15弧秒且表面粗糙度<2nm的AlN膜。

在沉积AlN缓冲层后，需要使用MOCVD在AlN缓冲层上生长GaN外延层。由于AlN和GaN两者之间有2.5%的晶格失配，若直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层，会在两种材料之间产生应力。该应力会随着GaN厚度的增加而逐渐积累，直到GaN的厚度超过临界厚度，应力将通过失配位错的方式被释放，而位于GaN外延层中的失配位错将严重影响器件的性能和寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有复合结构的氮化物缓冲层，以避免在GaN外延层中产生失配位错，从而提高器件的性能和寿命。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。

进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。

进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。

进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。

进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。

进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。

一种具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，包括以下步骤：

一，在衬底上制作AlN缓冲层；

二，在AlN缓冲层上依次生长多组复合结构缓冲层，每组复合结构缓冲层中的AlN层和GaN层都使用脉冲法生长，并且生长AlN层时TMAl和NH₃的脉冲周期都比生长上一个AlN层时的TMAl和NH₃的脉冲周期递减1个，而生长GaN层时TMGa和NH₃的脉冲周期都比生长上一个GaN层时的TMGa和NH₃的脉冲周期递增1个，直至生长最后一组复合结构缓冲层中的AlN层时，TMAl和NH₃的脉冲周期都减小为0。

进一步，AlN缓冲层采用PVD、MOCVD、HVPE（氢化物气相外延）或者ALD（原子层沉积）方法沉积在衬底上。

进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。

进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。

进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。

进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。

进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。

采用上述方案后，本发明在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大，从而能够调制AlN和GaN外延层中的应力，避免产生失配位错，进而提高器件的性能和寿命。

同时，本发明具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，能够精确控制外延层的厚度，提高原子的表面迁移率，从而获得表面更加平整、厚度均匀性更好的外延层。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2a和图2b是本发明AlN层与GaN层晶格失配状态示意图；