[发明专利]一种氮化镓外延片及其外延片的生长方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓外延片及其外延片的生长方法，包括：衬底层、缓冲层、多晶氮化镓层、超晶格缓冲层，单晶氮化镓层和氮化镓外延片，将蓝宝石作为衬底层，在衬底层上生长缓冲层，在缓冲层上生长多晶氮化镓层，在多晶氮化镓层上生长超晶格缓冲层，在超晶格缓冲层上生长单晶氮化镓层，单晶氮化镓层的厚度均大于多晶氮化镓层的厚度和超晶格缓冲层的厚度，最后在所述单晶氮化镓层上生长氮化镓外延层。本发明采用缓冲层和多晶氮化镓层，释放来自晶格失配产生的应力，超晶格缓冲层不仅可以缓冲应力，还可以提高晶格质量，单晶氮化镓层可以提到氮化镓外延片的质量，减少位错密度，从而形成高质量的氮化镓外延层。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种氮化镓外延片及其外延片的生长方法。

背景技术

随着由于氮化镓外延片的制备主要依靠从蓝宝石上外延生长氮化镓来进行，而现有的在蓝宝石衬底上形成外延片时，虽然会形成有缓冲层，能够缓冲外延片与衬底之间的应力，但由于氮化镓和蓝宝石衬底的晶格失配而产生了巨大的压应力，仅通过一层缓冲层并不能完全缓冲应力，由于应力的存在会导致外延片的翘曲；另一方面单一的缓冲层AlN或AlGaN使GaN的结晶质量并不高，还需要对外延片的结构进一步优化，以形成高质量的外延片结构。

综上所述可以看出，如何生成高质量的外延片是目前有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化镓外延片及其外延片的生长方法，已解决现有技术中仅通过一层缓冲层制备的氮化镓外延片质量不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种氮化镓外延片及其外延片的生长方法，包括：衬底层，缓冲层，多晶氮化镓层，超晶格缓冲层，单晶氮化镓层和氮化镓外延层；

衬底层，缓冲层，多晶氮化镓层，超晶格缓冲层，单晶氮化镓层和氮化镓外延层；

其中，所述缓冲层位于所述衬底层上层；

所述多晶氮化镓层位于所述缓冲层上层；

所述超晶格缓冲层位于所述多晶氮化镓层上层；

所述单晶氮化镓层位于所述多晶氮化镓层上层，所述单晶氮化镓层的厚度大于所述多晶氮化镓层和所述超晶格缓冲层的厚度，所述单晶氮化镓层的生长温度和压力均大于所述多晶氮化镓层和所述超晶格缓冲层的生成温度和压力；

所述氮化镓外延层位于所述单晶氮化镓层上层。

在本发明的一个实施例中，所述衬底层为蓝宝石衬底，所述缓冲层为AlN缓冲层，所述AlN缓冲层的厚度为40~50nm。

在本发明的一个实施例中，所述超晶格缓冲层为GaN/AlN/GaN的超晶格结构，GaN和AlN交替堆叠总层数范围为15-20层，所述超晶格缓冲层与所述单晶氮化镓层和所述多晶氮化镓层接触的层均是GaN层，所述超晶格缓冲层的厚度在20-60nm。

在本发明的一个实施例中，所述多晶氮化镓层的厚度为50~80nm，所述单晶氮化镓层的厚度为70~100nm。

在本发明的一个实施例中，所述氮化镓外延层的厚度为1~1.8微米。

在本发明的一个实施例中，一种氮化镓外延片的生长方法包括：

提供衬底层；

在所述衬底层上生长缓冲层；

将反应腔室温度和压力分别控制为第一温度和第一压力，以便在所述缓冲层上生长多晶氮化镓层；

将所述反应腔室温度和压力分别控制为第二温度和第二压力，持续通入氮源，交替控制通入铝源和镓源，形成超晶格缓冲层；

将所述反应腔室温度和压力分别控制为第三温度和第三压力，并控制单晶氮化镓层的生长速度，以便在所述超晶格缓冲层上生长所述单晶氮化镓层；