[发明专利]含Al氮化物半导体结构、器件及制备方法

说明书

本发明提供一种含Al氮化物半导体结构、器件及制备方法，包括在衬底中心区域上形成缓冲层，在衬底边缘区域留有空白区域，基于含Al氮化物层和衬底之间的较大的晶格失配，易形成多晶材料，可充分释放生长含Al氮化物层的应力，降低裂纹向中心区域的含Al氮化物层延伸的概率；缓冲层表面的缓冲层岛状结构，可进一步的释放缓冲层上生长含Al氮化物层的应力，以及有利于含Al氮化物层外延并生长出高质量的含Al氮化物层；在将缓冲层进行图形化后，外延生长含Al氮化物层时可进行侧向生长，从而可进一步提高含Al氮化物层的晶体质量。本发明可解决含Al氮化物层的裂纹问题，且可提高晶体质量，提高产品性能和良率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种含Al氮化物半导体结构、器件及制备方法。

背景技术

含Al氮化物属于第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度高，电阻率高，击穿电场高，热导率高，介电系数小，电子饱和速率高以及抗辐射能力高等优点，是优异的高温高频和大功率器件用电子材料。如AlN/AlGaN(AlN和/或AlGaN)晶体具有稳定的六方纤锌矿结构，晶格常数AlN/AlGaN在含Al半导体材料中具有最大的直接带隙，约6.2eV，是重要的蓝光和紫外发光材料，并且，沿c轴取向的AlN/AlGaN具有非常好的压电特性和声表面波高速传播性，是优异的声表面波器件用压电材料，同时，AlN/AlGaN晶体与氮化镓晶体有非常接近的晶格常数和热膨胀系数，是外延生长AlGaN光电器件的优选衬底材料。

虽然含Al氮化物具有诸多的优点，但是由于制备含Al氮化物需要高温高压设备以及精准的源流量控制系统，因此含Al氮化物材料非常难以制备。目前，商用气相沉积含Al氮化物采用高温沉积设备，一般地沉积的含Al氮化物薄膜厚度越厚，含Al氮化物薄膜的晶体质量越好。而当制备的含Al氮化物薄膜到一定厚度时，因为含Al氮化物和衬底之间的晶格失配较大，容易形成表面裂纹，而且裂纹易从衬底边缘产生，随着厚度的增加，裂纹从边缘区域往中心区域延伸，从而影响表面良率。为了获得晶体质量较高的含Al氮化物薄膜，需要增加薄膜的厚度，但容易引入裂纹而导致表面良率较差，而为了获得较高的表面良率，降低含Al氮化物薄膜的厚度，又会导致含Al氮化物薄膜的晶体质量较差。

因此，提供了一种含Al氮化物半导体结构、器件及制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含Al氮化物半导体结构、器件及制备方法，用于解决现有技术中由于含Al氮化物薄膜生长的矛盾，难以获得高质量的无裂纹的含Al氮化物薄膜，导致含Al氮化物薄膜的应用受限的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种含Al氮化物半导体结构的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底，所述衬底包括衬底中心区域及衬底边缘区域，所述衬底边缘区域位于所述衬底中心区域的外围；

形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底的表面；

进行预处理，在所述缓冲层的表面形成缓冲层岛状结构；

去除位于所述衬底边缘区域上的所述缓冲层，以显露所述衬底边缘区域；

形成含Al氮化物层，所述含Al氮化物层覆盖所述缓冲层及衬底边缘区域。

可选地，在进行所述预处理之后及形成所述含Al氮化物层之前，还包括图形化所述缓冲层的步骤，以形成周期性排布的凹槽，其中，所述凹槽的宽度为0.2μm～2μm，所述凹槽的间距为0.5μm～10μm。

可选地，所述预处理包括原位腐蚀或化学溶液腐蚀，获得的所述缓冲层岛状结构为纳米级缓冲层岛状结构。

可选地，所述衬底中心区域的边缘与所述衬底边缘区域的边缘的间距为L，且10mm≥L≥0.2mm。