[发明专利]氮化镓晶体管及其制造方法

说明书

本申请公开了氮化镓晶体管及其制造方法。该方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成成核层；以及在所述成核层上形成外延层，所述外延层用于形成晶体管，其中，所述外延层为III‑V族化合物层，所述成核层通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与所述外延层相同的第一元素。该氮化镓晶体管采用包含与外延层相应元素的成核层提高晶体管的可靠性和良率。

技术领域

本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及一种氮化镓晶体管及其制造方法。

背景技术

作为第三代半导体材料的典型代表，氮化镓(GaN)具有广泛的应用领域和发展前景，由于自然界中缺乏天然的GaN衬底(GaN外延的同质衬底)材料，各领域的科研工作者通常选择在异质衬底如蓝宝石衬底、碳化硅(SiC)衬底或硅(Si)衬底上生长GaN外延层形成半导体发光器件、开关器件和传感器件等。各种异质衬底材料的特性及其与GaN外延层之间的晶格匹配和热应力匹配的研究成为实现GaN半导体光电器件商业化及发展和可持续发展的关键。

蓝宝石衬底生产技术相对成熟、化学稳定性好、机械强度高，成为初期半导体光电器件的首选衬底材料，蓝宝石衬底的图形化技术在一定程度上缓解了蓝宝石衬底与GaN外延材料之间晶格匹配和热应力匹配的问题，但因蓝宝石衬底和GaN外延材料之间晶格失配和热应力失配所引起的外延片翘曲的问题依然存在，且外延片尺寸越大，翘曲问题越突出。

硅衬底和碳化硅衬底是电和热的良导体，可向大尺寸、自动化方向发展，被认为是未来最有发展潜能的衬底。但是，硅衬底和碳化硅衬底与GaN外延层之间也存在着较大的晶格失配和热应力失配，且硅衬底表面还容易发生氧化形成非晶态的氧化层，不易于形成高晶体质量的GaN外延层。不仅如此，硅衬底在生长过GaN外延层的金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)腔体中形成外延层时，会受MOCVD腔体中残留的镓或镓的化合物回熔的影响，严重降低GaN器件的性能和良率。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种氮化镓晶体管及其制造方法，其中，采用包含与外延层相应元素的成核层提高晶体管的可靠性和良率。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种氮化镓晶体管的制造方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成成核层；以及在所述成核层上形成外延层，所述外延层用于形成晶体管，其中，所述外延层为III-V族化合物层，所述成核层通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与所述外延层相同的第一元素。

优选地，所述外延层由Al_(1-x)Ga_xN、In_(1-y)Ga_yN和In_(1-y)Al_(1-x)Ga_(x+y)N中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。

优选地，所述成核层包含与所述衬底相同的第二元素。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选地，所述成核层由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，在形成成核层的步骤之前，还包括，在所述衬底上形成接触层，所述接触层位于所述衬底和所述成核层之间且与二者接触，其中，所述接触层包含与所述衬底相同的第二元素，以及与所述成核层相同的第三元素。

优选地，所述衬底为硅衬底或碳化硅衬底。

优选地，所述接触层由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少两种组成。

优选地，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。