[发明专利]氮化镓基外延结构、半导体器件及其形成方法

权利要求书

1.一种氮化镓(GaN)基外延结构，其特征在于，该外延结构包括：

第一氮化镓层，其掺杂有第一浓度的碳(C)原子；

第二氮化镓层，其掺杂有第二浓度的碳(C)原子，所述第二浓度小于所述第一浓度；以及

碳原子掺杂阻挡层，其位于所述第一氮化镓层和所述第二氮化镓层之间，用于阻挡碳原子在所述第一氮化镓层和所述第二氮化镓层之间扩散，

所述碳原子掺杂阻挡层为GaN层、AlN层、Al_yGa_1-yN层和In_xGa_1-xN层中的至少两层组成的周期性结构，其中，所述周期性结构中的周期数大于2且小于10，0x1，0y1。

2.如权利要求1所述的氮化镓基外延结构，其特征在于，

所述第一氮化镓层的厚度为0.5微米-4微米，

所述第二氮化镓层的厚度为100纳米-500纳米。

3.如权利要求1所述的氮化镓基外延结构，其特征在于，

所述第一浓度大于5×10¹⁸CM^-3，

所述第二浓度小于1×10¹⁷CM^-3。

4.一种半导体器件，其特征在于，该半导体器件包括：

衬底；

位于所述衬底表面的缓冲层；

位于所述缓冲层表面的如权利要求1-3中任一项所述的氮化镓基外延结构；以及

位于所述氮化镓基外延结构的所述第二氮化镓层表面的有源层。

5.如权利要求4所述的半导体器件，

所述有源层为Al_ZGa_1-ZN，其中，0.2Z0.5。

6.一种氮化镓(GaN)基外延结构的形成方法，其特征在于，该形成方法包括：

在衬底表面形成第一氮化镓层，其掺杂有第一浓度的碳(C)原子；

在所述第一氮化镓层表面形成碳原子掺杂阻挡层；以及

在所述碳原子掺杂阻挡层表面形成第二氮化镓层，其掺杂有第二浓度的碳(C)原子，所述第二浓度小于所述第一浓度；

其中，所述碳原子掺杂阻挡层用于阻挡碳原子在所述第一氮化镓层和所述第二氮化镓层之间扩散，

所述碳原子掺杂阻挡层为GaN层、AlN层、Al_yGa_1-yN层和In_xGa_1-xN层中的至少两层组成的周期性结构，其中，所述周期性结构中的周期数大于2且小于10，0x1，0y1。

7.如权利要求6所述的形成方法，其中，

形成所述第二氮化镓层时所述衬底的温度高于形成所述第一氮化镓层时所述衬底的温度。

8.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，该形成方法包括：

在衬底表面形成缓冲层；

在所述缓冲层表面形成第一氮化镓层，其掺杂有第一浓度的碳(C)原子；

在所述第一氮化镓层表面形成碳原子掺杂阻挡层；以及

在所述碳原子掺杂阻挡层表面形成第二氮化镓层，其掺杂有第二浓度的碳(C)原子，所述第二浓度小于所述第一浓度；以及

在所述第二氮化镓层表面形成有源层，

其中，所述碳原子掺杂阻挡层用于阻挡碳原子在所述第一氮化镓层和所述第二氮化镓层之间扩散，

所述碳原子掺杂阻挡层为GaN层、AlN层、Al_yGa_1-yN层和In_xGa_1-xN层中的至少两层组成的周期性结构，其中，所述周期性结构中的周期数大于2且小于10，0x1，0y1。