[发明专利]可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层及其制备方法

说明书

本发明公开一种可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层，有衬底、AlN缓冲层、AlxGa_1‑xN缓冲层及GaN层，AlN缓冲层上表面有孔洞，所述孔洞内插接有MgxN纳米柱。制备方法依次按照如下步骤进行：在衬底上生长AlN缓冲层；控制反应室的压力为50~150mbar，以150~500 sccm的流量向反应室内通入金属镁元素5~30 s；依次生长AlxGa_1‑xN缓冲层及GaN层。

技术领域

本发明涉及一种氮化物外延层及其制备方法，尤其是一种可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层及其制备方法。

背景技术

作为继第一代半导体硅（Si）和第二代半导体砷化镓（GaAs）之后的第三代半导体材料代表—氮化镓（GaN）具有独特的材料特性，如宽禁带、耐高温、高电子浓度、高电子迁移率及高导热性等。因此，GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）在微波通讯和电力电子转换领域拥有卓越的性能。

制备GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）等需要制备外延层，即在衬底（硅或者蓝宝石）上依次生长AlN缓冲层、AlxGa_1-xN缓冲层及GaN层（掺C的GaN层和本征GaN层）。由于硅衬底和AlN层之间的材料特性，当AlN层厚度超过400nm后，材料内部应力会使衬底产生划移线等，从而使材料的器件特性变差，故400nm是硅衬底上AlN层的极限厚度，通常厚度为300nm。即使是300nm厚度的AlN层长成后也会出现韧性位错，通过原子力显微镜发现其表面有很多V型孔洞（如图1所示），这些孔洞会导致后续的外延层晶体质量变差，同时所产生的孔洞也会成为漏电通道使外延层耐压性能降低。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层，有衬底、AlN缓冲层、AlxGa_1-xN缓冲层及GaN层，AlN缓冲层上表面有孔洞，所述孔洞内插接有MgxN纳米柱。

如上所述可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层的制备方法，依次按照如下步骤进行：

a. 在衬底上生长AlN缓冲层；

b. 控制反应室的压力为50~150mbar，以150~500 sccm的流速向反应室内通入金属镁元素5~30 s；

c. 依次生长AlxGa_1-xN缓冲层及GaN层。

本发明是在AlN缓冲层长成后，控制反应室压力并以一定的流量向反应室通入金属镁元素，金属镁元素则在AlN层表面迁移并进入AlN层中的V形孔洞中形成MgxN纳米柱，从而减少孔洞的密度，提高后续外延层的晶体质量；同时由于金属镁元素在GaN和AlN材料中是一种P型掺杂剂，使得所在界面层形成耗尽电场，从而进一步提高外延层的整体耐压性能。

附图说明

图1是现有技术AlN层表面原子力显微镜下图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明的可提高晶体质量和耐压性能的氮化物外延层的制备方法，依次按照如下步骤进行：

a. 按照现有技术的方法，在衬底1上生长300nm厚的AlN缓冲层2；

b. 反应室其它条件不变，只是控制反应室的压力为50mbar，以150sccm的流量向反应室内通入金属二茂镁（Cp2Mg）10s；

c. 再按照现有技术的方法，依次生长AlxGa_1-xN缓冲层3及GaN层。