[发明专利]一种氮化镓外延芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮化镓外延芯片及其制备方法，其中，氮化镓外延芯片包括衬底、种子层、缓冲层和氮化镓外延层，其中，种子层设于衬底上，缓冲层设于种子层和氮化镓外延层之间。本发明在衬底和氮化镓外延层之间增设了种子层和缓冲层，用于改善氮化镓与衬底之间的晶格系数、热膨胀系数等特性的匹配性，从而在保证氮化镓晶格排列错位密度的情况下，能够提高氮化镓的的生长厚度。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种氮化镓外延芯片及其制备方法。

背景技术

目前III/V族氮化物半导体材主要有GaN（氮化镓）、InGaN（氮化铟镓） 和AlGaN（氮化铝镓）。这类材料被应用在光电器件、半导体激光器件、发光二极体、高电子迁移率电晶体等。氮化物半导体材料的能隙特性，可在1.9到6.2ev之间做连续性调变（非阶段性）。其具有良好的物理，化学稳定性和高饱和电子迁移率，是大功率、高频、发光器件的理想材料。

氮化镓单晶体不存在自然界，没办法从自然界中取得，所以要人工制造。目前的制造方法就是找一种单晶材料当基础，称衬底基板，然后在衬底基板上再生长氮化镓薄膜。因为衬底材料的不同，没办法完美的匹配。热膨胀时易发生龟裂，衬底材料的位错会被带进氮化镓层然后被放大。所以有研究提出了在这中间利用其他材料生长出多一层的氮化铝AlN缓冲层来解决问题。

现有的缓冲层很难生长出1微米或以上厚度的氮化镓GaN ，同时得到氮化镓GaN晶格层中原子的排列错位密度（dislocation densities）在5x10⁸/cm²以下的质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种氮化镓晶体外延片及其制备方法，其在保证氮化镓晶格排列错位密度的情况下，能够提高氮化镓的的生长厚度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氮化镓外延芯片，其包括衬底、种子层、缓冲层和氮化镓外延层，所述种子层设于衬底上，所述缓冲层设于种子层和氮化镓外延层之间；

所述缓冲层包括一组以上的复合层，所述复合层包括Al_xGa_1-xN层和超级晶格层，所述超级晶格层和Al_xGa_1-xN层由种子层向氮化镓外延层依次叠加；

所述超级晶格层由氮化铝层和氮化镓层复合形成，所述氮化铝层和氮化镓层由种子层向氮化镓外延层方向交替堆叠；所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y。

所述超级晶格层中，氮化铝层与其相邻的一氮化镓层形成一铝镓对，每组超级晶格层包括多个铝镓对，各铝镓对的氮化铝层和氮化镓层厚度比为相同，且为y。

所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的堆叠层数为20层以上。

所述超级晶格层的氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y为0.2-1.9。

所述Al_xGa_1-xN层的x值为0.2-0.85。

所述缓冲层包括两组以上的复合层，各组复合层中Al_xGa_1-xN层的x值由种子层向氮化镓外延层方向依次减少，各组复合层中超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y由种子层向氮化镓方向逐渐较少。

所述缓冲层中每一复合层的Al_xGa_1-xN层的x值等于该复合层的超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y的两倍，即y=2x。

所述缓冲层中各复合层的超级晶格层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小，各复合层的Al_xGa_1-xN层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小。