[发明专利]一种N极性氮化物模板、N极性氮化物器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种N极性氮化物模板、N极性氮化物器件及其制备方法，N极性氮化物模板包括：衬底；插入层；氮化物层；其中，插入层的材料为过渡金属二硫属化合物。本申请的氮化物模板，包括过渡金属二硫属化合物，其具有二维的层状结构，由上下两层S原子中间夹一层过渡金属原子构成，这种材料具有较好的热稳定性及化学稳定性，适用于氮化物材料外延生长过程的高温条件和气体氛围，对于传统的蓝宝石衬底，通过插入薄层的过渡金属二硫属化合物可以有效调控氮化物材料的原子吸附能，同时过渡金属二硫属化合物在大尺寸范围提供连续、稳定的S原子终端，能够遏制部分极性反转的问题，实现高度均一性的N极性氮化物材料及其微电子/光电子器件结构。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种N极性氮化物模板、N极性氮化物器件及其制备方法。

背景技术

氮化物材料，包括：AlN、GaN、InN及其三元/四元化合物材料，具有可调直接带隙、高的热稳定/化学稳定性，在光电器件及电力电子器件方向具有广阔的应用潜力。常见的纤锌矿氮化物材料在C轴方向存在非对称性，当金属原子(Al、Ga和In)的三个悬挂键面对外延衬底即为金属极性材料；对应的镜面结构，三个悬挂键朝向面外为N极性材料。不同极性的氮化物材料沿着外延生长方向形成相反的自发极化矢量，进而在材料表面或界面诱导形成不同类型的电荷。因此，控制氮化物材料的极性能够改变材料的电学/光学特性；实现异质结器件界面处的内部电场反转并调控二维电子气的位置；基于N极性氮化物材料还可以提高Mg原子的并入进而改善材料的p型掺杂特性，这些显著的优势使得N极性氮化物材料可用于制备高性能的微电子/光电子器件。

然而，目前主流的氮化材料外延方案为基于蓝宝石异质外延衬底上的金属-有机化学气相沉积法，通常仅能够获得金属极性的氮化物材料。对于N极性氮化物材料的生长，需要在生长前对蓝宝石衬底进行适当条件的高温NH₃处理，此外，制备得到的N极性氮化物材料存在极性部分反转、材料质量较差等问题。

基于目前的N极性氮化物材料的生长存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种N极性氮化物模板、N极性氮化物器件及其制备方法，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。

第一方面，本发明提供了一种N极性氮化物模板，包括：

衬底；

插入层，位于所述衬底一侧；

氮化物层，位于所述插入层远离所述衬底一侧；

其中，所述插入层的材料为过渡金属二硫属化合物。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述的N极性氮化物模板，所述氮化物层的材料包括AlN、GaN、InN、AlGaN、AlInN、InGaN、AlInGaN中的一种；所述过渡金属二硫属化合物包括WS₂、MoS₂、TiS₂、ZrS₂、HfS₂、VS₂、NbS₂、TaS₂中的一种。

第二方面，本发明还提供了一种N极性氮化物器件，包括：

所述的N极性氮化物模板；

应力释放层，位于所述N极性氮化物的氮化物层一侧；

电子注入层，位于所述应力释放层远离所述氮化物层一侧；

多量子阱层，位于所述电子注入层远离所述氮化物层一侧，所述多量子阱层在所述电子注入层上的正投影不完全覆盖所述电子注入层；

电子阻挡层，位于所述多量子阱层远离所述氮化物层一侧；

空穴注入层，位于所述电子阻挡层远离所述氮化物层一侧；