電子阻擋層5中的鋁/銦組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構。該電子阻擋層可以防止碳摻雜導致的電流崩塌效應。
[0036]優(yōu)選的，所述非摻雜氮化鎵溝道層6厚度為5~200nm。
[0037]優(yōu)選的，所述異質結勢皇層7為AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN材料中的一種或任意幾種組合，該異質結勢皇層7為非摻雜層或η型摻雜層，異質結勢皇層的厚度10~30 nm。
[0038]如圖1所示；至此，即完成了該外延結構的制備過程。圖1即為實施例1的一種外延結構示意圖。
[0039](7)圖2中[a]為利用實施例1所示的生長方法生長的高耐壓氮化物半導體外延結構中的應力狀態(tài)；[b]為富鋁氮化物應力緩沖層和頂層氮化鎵緩沖層沒有進行碳自動摻雜樣品的應力狀態(tài)。[c]為對頂層氮化鎵緩沖層進行碳自動摻雜，而富鋁氮化物應力緩沖層中未進行碳自動摻雜樣品的應力狀態(tài)。[d]為對富鋁氮化物應力緩沖層進行碳自動摻雜，而頂層氮化鎵緩沖層中未進行碳自動摻雜樣品的應力狀態(tài)?？梢钥吹絒b]中的應力狀態(tài)近乎處于理想平衡狀態(tài)。而[c]和[d]中對富鋁氮化物應力緩沖層或者頂層氮化鎵緩沖層單獨進行碳自動摻雜，都會使得樣品中的應力狀態(tài)偏離平衡狀態(tài)。[a]中利用實施例1所示的生長方法生長的高耐壓氮化物半導體外延結構中的應力狀態(tài)也近乎趨向于平衡?？梢钥吹?，通過引入復合氮化物外延緩沖層的樣品相比于對緩沖層的不同部分單獨碳摻雜的樣品，外延層中的應力狀態(tài)更加趨于平衡。這樣可以降低翹曲度。
[0040](8)圖3中[a]為利用實施例1所示的生長方法生長的總厚度為2.5微米的高耐壓氮化物半導體外延結構中的漏電流特性；圖3中[b]為利用實施例1所示的生長方法生長的相同厚度的氮化物半導體外延結構中的漏電流特性；其中頂層氮化鎵緩沖層和富鋁氮化物應力緩沖層沒有引入碳自動摻雜技術?？梢钥吹?，使用實施例中的外延結構，相比沒有使用實施例中的外延結構，漏電流最大降低了 6個量級，擊穿電壓(定義為漏電流超過lmA/_時的電壓值)提高了 3.5倍。單位氮化物外延層厚度的耐壓能力從103V/ ym提高到365V/Umo從上述結果可以看到，本發(fā)明所公開的一種高耐壓氮化物半導體外延結構及其生長方法，可以極大的降低硅襯底上氮化物半導體外延層的漏電流特性，提高硅襯底上氮化物半導體外延層的單位厚度耐壓能力，從而可以降低外延生長時間，降低生產(chǎn)成本。
[0041]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于，包括由下至上依次包括襯底、成核層、雜質過濾層，復合氮化物外延緩沖層，電子阻擋層，非摻雜氮化鎵溝道層和異質結勢皇層O
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述的襯底為Si襯底、碳化硅、藍寶石襯底中的任一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述的成核層為AIN、AlGaN、AlInGaN、GaN的任一種或組合；成核層厚度為lnm~500m。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述的雜質過濾層為AlGaN ;厚度為lnm~500m ;所述雜質過濾層中的鋁組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述的復合氮化物外延緩沖層包括一層高阻富鋁氮化物應力緩沖層和該層高阻富鋁氮化物應力緩沖層上面的一層高阻頂層氮化鎵緩沖層。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層為A1N、AlGaN, GaN的任一種或組合；應力緩沖層厚度為100nm~10 μπι;所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層中的鋁組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構；所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層摻雜Mg、Be、C、Fe 或 Zn。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構，其特征在于:所述的高阻頂層氮化鎵緩沖層厚度為100nm~10 μ m ;所述高阻頂層氮化鎵緩沖層摻雜Mg、Be、C、Fe或Zn ； 所述電子阻擋層為AlGaN、InGaN、InAlGaN的任一種或組合；厚度為lnm~500m ;所述電子阻擋層中的鋁/銦組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構； 所述非摻雜氮化鎵溝道層厚度為5~200nm ; 所述異質結勢皇層為AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN材料中的一種或任意幾種組合，該異質結勢皇層為非摻雜層或η型摻雜層，異質結勢皇層的厚度10~30 nm。
8.根據(jù)權利要求1至7任一所述的一種高耐壓氮化物半導體外延結構的生長方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、在襯底上生長成核層； S 2、在成核層上生長一層雜質過濾層；厚度為l~500nm ； S 3、在雜質過濾層上生長一層高阻富鋁氮化物應力緩沖層； S 4、在高阻富鋁氮化物應力緩沖層上生長一層高阻頂層氮化鎵緩沖層； S 5、在高阻頂層氮化鎵緩沖層上生長一層高阻氮化物外延層； S 6、在高阻氮化物外延層上生長一層電子阻擋層； S 7、在電子阻擋層上生長一層非摻雜氮化鎵溝道層； S 8、在非摻雜氮化鎵溝道層上生長一層異質結勢皇層。
9.根據(jù)權利要求8所述的高耐壓氮化物半導體外延結構的生長方法，其特征在于:所述成核層、雜質過濾層、高阻富鋁氮化物應力緩沖層、高阻頂層氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵溝道層和異質結勢皇層的生長方法包括是金屬有機化學氣相沉積法或分子束外延法； 所述雜質過濾層為AlGaN ;厚度為lnm~500m ;所述雜質過濾層中的鋁組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構。
10.根據(jù)權利要求9所述的高耐壓氮化物半導體外延結構的生長方法，其特征在于:所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層為A1N、AlGaN, GaN的任一種或組合；應力緩沖層厚度為100nm~10 μπι;所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層中的鋁組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構；所述高阻富鋁氮化物應力緩沖層摻雜Mg、Be、C、Fe 或 Zn ; 所述高阻頂層氮化鎵緩沖層厚度為100ηπι~10μπι;所述高阻頂層氮化鎵緩沖層摻雜Mg、Be、C、Fe 或 Zn ; 所述電子阻擋層為AlGaN、InGaN、InAlGaN的任一種或組合；厚度為lnm~500m ;所述電子阻擋層中的鋁/銦組分均勻分布，或隨著厚度的變化而變化，或是形成多層結構或者超晶格結構。
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體材料外延生長的技術領域，公開一種高耐壓氮化物半導體外延結構及其生長方法。由下至上依次包括襯底、成核層、雜質過濾層，復合氮化物外延緩沖層，電子阻擋層，非摻雜氮化鎵溝道層和異質結勢壘層；復合氮化物外延緩沖層包括一層高阻富鋁氮化物應力緩沖層和該層高阻富鋁氮化物應力緩沖層上面的一層高阻頂層氮化鎵緩沖層。本發(fā)明高耐壓氮化物半導體外延結構能夠在對上層異質結二維電子氣溝道性能影響甚微的前提下，改善硅襯底上氮化物半導體外延層中的應力狀態(tài)，降低外延片翹曲。極大的降低硅襯底上氮化物半導體外延層的漏電流特性，提高硅襯底上氮化物半導體外延層的單位厚度耐壓能力，從而可以降低外延生長時間，降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】H01L29-778, H01L29-10, H01L21-335
【公開號】CN104600109
【申請?zhí)枴緾N201510006329
【發(fā)明人】劉揚, 倪毅強, 周德秋
【申請人】中山大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月7日