[发明专利]一种基于ScAlMgO4在审

申请号：	202210441781.2	申请日：	2022-04-25
公开（公告）号：	CN114975080A	公开（公告）日：	2022-08-30
发明（设计）人：	钟玉煌;张海涛;许彬;潘华;陆羽;蒲小东;王素素	申请（专利权）人：	无锡吴越半导体有限公司
主分类号：	H01L21/02	分类号：	H01L21/02;C30B25/16;C30B25/18;C30B29/40
代理公司：	无锡智麦知识产权代理事务所(普通合伙) 32492	代理人：	王普慧
地址：	214000 江***	国省代码：	江苏;32
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摘要：
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【说明书】：

本发明公开了一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构，其包括依次层叠的ScAlMgO₄衬底，缓冲层，GaN 3D岛状生长层，GaN 2D层状生长层和HT‑GaN生长层。与现有技术相比，本发明可明显降低GaN薄膜的缺陷密度，获得高质量的GaN外延结构，且制作过程简单易操作。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。长期以来由于GaN材料与Si、蓝宝石等衬底材料的晶格失配没有得到很好的解决，导致GaN外延片的非辐射缺陷密度相当高。

与其它传统衬底材料相比，铝镁酸钪(ScAlMgO₄)与氮化镓的晶格失配率约1.8％，热膨胀系数失配也比其它传统衬底材料低，是一种理想的氮化镓外延生长衬底，但现有以铝镁酸钪为衬底外延生长氮化镓薄膜的报道相对较少。如专利文献CN106158592A公开了一种生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜的制备方法，其依次在铝酸镁钪衬底上生长GaN缓冲层、GaN形核层，GaN非晶层和GaN薄膜，获得高质量的GaN薄膜。又如专利文献CN113035689A公开了一种氮化镓单结晶基板的制造方法，其通过MOCVD方法在ScAlMgO4基板上低温生长GaN系缓冲层，在作为第二阶段生长的GaN系缓冲层上通过HVPE法高温生长GaN单晶层，经过切片、研磨抛光、清洗，实现无位错、无结晶缺陷的高品质GaN结晶基板。但采用上述现有技术在ScAlMgO4基板上生长的GaN薄膜质量并不太理想，GaN XRD(002)和(102)的半峰宽高达300arcsec以上。

发明内容

为克服现有技术的上述问题，本发明提供一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构，其包括依次层叠的ScAlMgO₄衬底，缓冲层，GaN 3D岛状生长层，GaN 2D层状生长层和HT-GaN生长层。

优选地，所述ScAlMgO₄衬底以(001)面偏(110)面0～0.3度为外延面。

优选地，所述缓冲层为AlN、InAlGaN、GaN或AlGaN缓冲层。

更优选地，所述缓冲层的厚度为1nm～100nm。

优选地，所述GaN 3D岛状生长层的厚度为200nm～1200nm。

优选地，所述GaN 2D层状生长层的厚度为1000nm～3000nm。超过3000nm会导致外延结构翘曲，低于1000nm会显著增加外延结构的缺陷密度。

更优选地，GaN 2D层状生长层中所述GaN为掺杂或不掺杂的GaN，掺杂浓度为1E15cm^-3～3E19cm^-3。

优选地，所述HT-GaN生长层的厚度为1000nm～5000nm。

更优选地，HT-GaN生长层中所述GaN为掺杂或不掺杂的GaN，掺杂浓度为1E15cm^-3～3E19cm^-3。