[实用新型]含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，特别是涉及一种含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体材料被誉为是第三代半导体材料，包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)以及他们之间形成的三、四元合金，如氮镓铝(AlGaN)、氮铝铟(InAlN)和氮镓铟(InGaN)。以氮化镓(GaN)为主的Ⅲ族氮化物半导体材料具有宽的直接代隙(Eg＝3.36eV)、高熔点、高热导率、高饱和电子速率、高临界击穿电场强度和高电子室温迁移率，被广泛应用于耐高温、高压和高频器件中，特别是在光电子、高温大功率电子器件和高频微波器件有着广阔的应用前景。

由于很难得到大尺寸的氮化镓单晶体材料，目前为了获得高质量的氮化镓薄膜，通过在硅、蓝宝石或碳化硅等衬底材料上进行异质外延生长。其中硅具有高质量、价格低、易于解理和制作电极等优势，是最具有潜力的衬底材料。但是由于硅和氮化镓有较大的晶格失配和热失配，如氮化镓与硅之间的热失配为56％，晶格失配为19.6％，在硅衬底生长的氮化镓外延层上会产生较多的位错缺陷和较大的内应力，而这些缺陷会导致外延层生产裂纹，制约着高质量的氮化镓薄膜的生长。

为了更好的抑制氮化镓薄膜出现裂纹，提高其晶体质量，在异质外延生长中通常包含籽晶层和缓冲层。籽晶层主要作用是：在异质衬底表面形成成核点，有利于氮化镓材料在衬底上形核和生长，可以得到高质量的氮化镓外延层。缓冲层的作用是：有效缓解氮化镓外延层与衬底之间的晶格失配和热失配，减少了氮化镓层因应力产生的应变，降低了位错和缺陷的发生。

传统的含有籽晶层的器件主要采用硅/氮化铝/氮化镓或者硅/氮化铝/氮镓铝/氮化镓的构造，当籽晶层中的氮化铝薄膜成长受阻，氮化铝薄膜无法有效阻挡硅由衬底扩散进入氮化镓外延层，发生硅与氮化镓的反应，在氮化镓外延层上形成较多的圆形缺陷，降低氮化铝薄膜上已经金属化的氮化镓或氮镓铝/氮化镓外延层的品质。

实用新型内容

基于此，有必要针对籽晶层中的氮化铝薄膜成长受阻时，硅与氮化镓发生反应的问题，提供一种含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件。

一种半导体器件，包括：

衬底；

籽晶层，所述籽晶层设在所述衬底的上方，所述籽晶层包含硅掺杂氮化铝层，所述硅掺杂氮化铝层中硅的掺杂浓度小于2E19；

缓冲层，所述缓冲层设置在所述籽晶层的上部；以及

Ⅲ族氮化物外延层，所述Ⅲ族氮化物外延层设置在所述缓冲层的上部。

上述半导体器件，通过在氮化铝中掺杂一定浓度的硅，在硅衬底上中生长包含硅掺杂氮化铝层的籽晶层，硅掺杂氮化铝与硅原子的晶格失配数更接近，硅掺杂氮化铝层可以在硅基底上更好的成长，形成的硅掺杂氮化铝薄膜可以有效的阻止硅由衬底扩散进入氮化镓外延层，减少了硅与氮化镓的反应，提高氮化镓或氮镓铝/氮化镓薄膜的品质，从而可以获得高临界击穿电场强度和高电子室温迁移率，提高了半导体器件的工作性能。

在其中一个实施例中，所述籽晶层还包括与所述硅掺杂氮化铝层层叠设置的氮化铝层。

在其中一个实施例中，所述氮化铝层和/或所述硅掺杂氮化铝层为多层，且所述氮化铝层与所述硅掺杂氮化铝层交替层叠。

通过氮化铝层和硅掺杂氮化铝层交替设置，可以让氮化镓在氮化铝层较好的进行外延生长，同时硅掺杂氮化铝层可以有效的阻止硅由衬底扩散进入氮化镓外延层，显著的提高氮化镓或氮镓铝/氮化镓薄膜的品质。

在其中一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。

在其中一个实施例中，所述缓冲层为氮化铝层和/或氮镓铝层。

在其中一个实施例中，所述Ⅲ族氮化物外延层包括氮化镓外延层及氮镓铝外延层中的至少一层，且所述Ⅲ族氮化物外延层中具有由氮化镓外延层与氮镓铝外延层构成的异质结构。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述Ⅲ族氮化物外延层中间的氮化铝插入层和/或氮镓铝插入层。

附图说明

图1为一实施方式的含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件的结构示意图；

图2为一实施方式的含有硅掺杂氮化铝层的半导体器件的籽晶层的结构示意图。

具体实施方式