[发明专利]含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件及其制造方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体材料被誉为是第三代半导体材料，包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)以及他们之间形成的三、四元合金，如氮镓铝(AlGaN)、氮铝铟(InAlN)和氮镓铟(InGaN)。以氮化镓(GaN)为主的Ⅲ族氮化物半导体材料具有宽的直接代隙(Eg＝3.36eV)、高熔点、高热导率、高饱和电子速率、高临界击穿电场强度和高电子室温迁移率，被广泛应用于金属半导体场效应晶体管(MESFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结场效应晶体管(HFET)、发光二极管(LED)等耐高温、高压和高频交换器件。

由于目前很难得到大尺寸的Ⅲ族氮化物单晶体材料，为了获得高质量的Ⅲ族氮化物外延层，一般通过在硅、蓝宝石或碳化硅等衬底材料上进行异质外延生长。但是随着Ⅲ族氮化物外延层厚度的增加，Ⅲ族氮化物薄膜上会产生较多的位错缺陷和较大的内应力，导致Ⅲ族氮化物外延层裂纹，严重影响半导体器件的性能。

发明内容

基于此，有必要针对随着Ⅲ族氮化物外延层厚度的增加，Ⅲ族氮化物薄膜上会产生较多的位错缺陷和较大的内应力的问题，提供一种含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件及其制造方法。

一种含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件，其特征在于，包括：

衬底；

籽晶层，所述籽晶层设在所述衬底的上部；

缓冲层，所述缓冲层设置在所述籽晶层的上部；

Ⅲ族氮化物外延层，所述Ⅲ族氮化物外延层设置在所述缓冲层的上部；

以及插入层，所述插入层设置在所述Ⅲ族氮化物外延层中间，所述插入层包括氮镓铝层和氮镓铟层。

在其中一个实施例中，所述插入层包括单层氮镓铝层和单层氮镓铟层。

在其中一个实施例中，所述氮镓铝层和/或氮镓铟层为多层，且所述氮镓铟层与所述氮镓铝层交替层叠。

在其中一个实施例中，当所述氮镓铝层有多层时，每一层所述氮镓铝层中铝的掺杂浓度是不同的，所述氮镓铝层中铝的掺杂浓度小于等于1。

在其中一个实施例中，所述Ⅲ族氮化物外延层设置多个所述插入层。

在其中一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。

在其中一个实施例中，所述籽晶层为氮化铝层和/或氮镓铝层。

在其中一个实施例中，所述缓冲层为氮化铝层和/或氮镓铝层。

在其中一个实施例中，所述Ⅲ族氮化物外延层包括氮化镓外延层及氮镓铝外延层中的至少一层，且所述Ⅲ族氮化物外延层中具有由氮化镓外延层与氮镓铝外延层构成的异质结构。

上述半导体器件，在Ⅲ族氮化物外延层中间插入一个氮镓铝层与氮镓铟层层叠设置的插入层，通过变更铝掺杂浓度调整插入层中氮镓铝层的结构构造，有效缓解Ⅲ族氮化物外延层与衬底之间的晶格失配和热失配；并且插入层中的压应力可以补偿Ⅲ族氮化物外延层中的一部分张应力，有效减少Ⅲ族氮化物外延层的位错和张应力。因此，通过含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的设置可以得到高质量的Ⅲ族氮化物外延层。

此外，还有必要提供一种含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件的制造方法。

一种含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

1)在衬底上形成籽晶层；

2)在所述籽晶层上形成缓冲层；

3)在所述缓冲层上形成Ⅲ族氮化物外延层；

4)在预先生长的所述Ⅲ族氮化物层表面形成插入层，接着在所述插入层上继续生长所述Ⅲ族氮化物以与预先生长的所述Ⅲ族氮化物层形成所述Ⅲ族氮化物外延层，所述插入层包括氮镓铝层和氮镓铟层。

通过该方法制造的含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件，具有较高的高临界击穿电场强度和高电子室温迁移率，半导体器件的工作性能较好。

附图说明

图1为一实施方式的含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件的结构示意图；

图2为一实施方式的含有氮镓铝和氮镓铟的插入层的半导体器件的插入层的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明的含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件及其制造方法进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。