[发明专利]一种氮化镓半导体外延及其制备方法与功率及射频器件

说明书

本发明涉及一种氮化镓半导体外延及其制备方法与功率及射频器件。所述氮化镓半导体外延包括层叠设置的衬底、缓冲层和应力调节层；所述缓冲层包括半导体材料；所述半导体材料包括AlN和/或AlInN。本发明通过在衬底和应力调节层之间生长一层缓冲层，所述缓冲层中含有半导体材料，减缓了衬底与应力调节层间因晶格失配与热失配而产生的螺旋型与刃型位错，且减少了镓的回溶，从而提升了外延晶体的品质。

技术领域

本发明属于半导体制作技术领域，涉及一种氮化镓半导体外延，尤其涉及一种氮化镓半导体外延及其制备方法与功率器件及射频器件。

背景技术

氮化镓被认为是继硅之后最重要的半导体材料。氮化镓是一种宽禁带半导体材料，它的光谱覆盖了整个可见光区域，可以制成蓝光和白光发光二极管，用于显示、电视背光和通用照明；可以制成绿光/蓝光发光二极管，和AlGaInP基的红光发光二极管一起，用于全色显示；还可以制成紫外光激光器，用于数据存储。除了优异的光学性能，氮化镓的电学性能也十分出色：具有禁带宽度大、高临界击穿电场、高导热性及高电子漂移饱和速度等特性，且具高自发与压电极化效应，在制作外延异质结构可产生高迁移率、高面密度的二维电子气,基于以上特性可使器件具有高电流密度、低导通电阻、高工作频率、高热稳定性及体积小等特点。因此，氮化镓可以用于微波器件、高功率开关器件等。其中，氮化镓半导体材料的耐受电压能力是其性能的主要指标。

现有技术中，一般半导体器件平面工艺掺杂过程使得在半导体材料表面下形成有一定曲率的杂质扩散结，这种结承受电压的能力往往比没有曲率的理想平行平面结所能承受的电压低很多，这将影响半导体器件最终的工作电压。因此出现了许多提高平面工艺产生的曲率结击穿电压的方法，一般统称为结终端技术。

CN 108428741A公开了一种氮化镓半导体器件及其制作方法，该方法包括：在基底的第一表面生长含铟的缓冲层，该缓冲层包括含铟的Al_xGa_1-xN层，其中，0≤x≤1；在缓冲层背离基底一侧表面形成非有意掺杂的第一氮化镓层；在第一氮化镓层背离缓冲层一侧表面形成含碳掺杂的第二氮化镓层；在第二氮化镓层背离第一氮化镓层一侧形成非有意掺杂的第三氮化镓层；在第三氮化镓层背离第二氮化镓层一侧形成Al_yGaN_1-yN层，其中，0＜y≤1。利用该方法制的氮化镓半导体器件可提高所述氮化镓半导体器件的击穿电压，降低所述氮化镓半导体器件在外延生长与芯片制作过程中，出现裂纹的概率，提高所述氮化镓半导体器件的性能。

CN 101330097公开了一种增加击穿电压的半导体结构及制造方法。所述半导体结构包括半导体材料、主扩散结、耐压层、耗尽终止区和介质层共5个部分。其中，主扩散结、耐压层、耗尽终止区都处于半导体材料中，主扩散结和耐压层的导电类型与半导体材料相反，耗尽终止区与半导体材料的导电类型相同。这种结构可以将主扩散结的击穿电压提高25％以上，能够使主扩散结击穿电压达到半导体材料理想平行平面结最大雪崩击穿电压75％以上。该发明可以应用于数十伏到数千伏的半导体器件结终端中，特别适合浅结低温工艺的高压半导体器件和集成电路的结构及制造。

以上技术方案中虽然改进了半导体结构，并且提高了耐受电压，但是存在衬底与外层之间因晶格常数失配率与热膨胀系数差异所引起的外延晶体质量问题，从而影响半导体器件的性能。

因此，如何改善衬底与外层之间因晶格常数失配率与热膨胀系数差异所引起的外延晶体质量问题，保障高的耐受电压能力，并提升半导体器件的性能，是半导体制造技术领域亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氮化镓半导体外延及其制备方法与功率及射频器件，通过设置含有半导体材料的缓冲层，所述半导体材料包括AlN和/或AlInN，改善了晶体品质，并提升了耐受电压能力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种氮化镓半导体外延，所述氮化镓半导体外延包括层叠设置的衬底、缓冲层和应力调节层；