[发明专利]一种硅基氮化镓外延结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种硅基氮化镓外延结构及其制作方法，所述外延结构包括硅衬底，依次设于硅衬底上的Al层、含氮缓冲层、剥离层、N‑GaN层、有源层和P‑GaN层；所述含氮缓冲层包括AlN层、Al_y1Ga_1‑y1N层和GaN层，所述AlN层设置在Al层和Al_y1Ga_1‑y1N层之间，所述GaN层设置在Al_y1Ga_1‑y1N层和剥离层之间；所述剥离层由SiO₂、SiNx、Al₂O₃、AlN中的一种或几种制成。本发明的剥离层不仅可以减少后续形成GaN的缺陷，也可以采用简单的湿法腐蚀工艺来腐蚀剥离层，从而去除硅衬底。

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种硅基氮化镓外延结构及其制作方法。

背景技术

第三代半导体材料主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等，与第二代半导体硅(Si)、砷化镓(GaAs)等材料相比，第三代半导体材料氮化镓(GaN)具有更大的禁带宽度(>3eV)，一般也被称为宽禁带半导体材料。

得益于禁带宽度的优势，GaN材料在击穿电场、本征载流子浓度、抗辐照能力方面都明显优于Si、GaAs等传统半导体材料。

此外，GaN材料在载流子迁移率、饱和载流子浓度等方面也较Si更为优异，因此特别适用于制作具有高功率密度、高速度、高效率的功率与微波电子器件，在5G通讯、云计算、快充电源、无线充电等领域具有广泛的应用前景。

与此同时，将GaN外延生长在硅衬底之上，可以有效地结合GaN材料的高性能以及成熟Si晶圆的大尺寸、低成本优势。但是，镓与硅之间的晶格失配很大，由于很高的缺陷密度，54％的热膨胀系数，外延膜在降温过程中产生裂纹，金属架直接与硅衬底结束时会有化学回融反应。

在硅衬底上形成高质量的氮化镓材料，同时便于将硅衬底去除，是现有的一个技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅基氮化镓外延结构及其制作方法，在硅衬底上形成高质量的氮化镓材料，同时便于将硅衬底去除。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅基氮化镓外延结构，包括硅衬底，依次设于硅衬底上的Al层、含氮缓冲层、剥离层、N-GaN层、有源层和P-GaN层；

所述含氮缓冲层包括AlN层、Al_y1Ga_1-y1N层和GaN层，所述AlN层设置在Al层和Al_y1Ga_1-y1N层之间，所述GaN层设置在Al_y1Ga_1-y1N层和剥离层之间；

所述剥离层由SiO₂、SiNx、Al₂O₃、AlN中的一种或几种制成。

作为上述方案的改进，所述剥离层设有若干个孔洞，所述孔洞贯穿所述剥离层，设置在剥离层上的N-GaN层填充在孔洞内。

作为上述方案的改进，所述剥离层的厚度为10～300nm。

作为上述方案的改进，所述孔洞的形状为漏斗形，所述孔洞的顶端开口的宽度为a，底端开口的宽度为b，其中，

b＝(0.4～0.6)*a。

作为上述方案的改进，a＝6～50μm。

作为上述方案的改进，孔洞与孔洞之间的距离为c，c＝5～20μm。

作为上述方案的改进，所述Al层的厚度为一层Al原子的厚度；