[发明专利]一种基于ScAlMgO4

说明书

本发明公开了一种基于ScAlMgOsubgt;4/subgt;衬底的GaN外延结构，该外延结构包括依次层叠的ScAlMgOsubgt;4/subgt;衬底，缓冲层，GaN 3D岛状生长层，GaN 2D层状生长层和HT‑GaN生长层，其特点在于：在GaN 2D层状生长层和HT‑GaN生长层之间具有GaN 3D粗糙/GaN 2D恢复超晶格生长层和AlN插入层，AlN插入层与HT‑GaN生长层接触。与改进前相比，本发明改进后的GaN外延结构可进一步降低ScAlMgOsubgt;4/subgt;衬底上外延生长GaN薄膜的缺陷密度，氮化镓的XRD(002)和(102)的半峰宽可进一步降至180arcsec以下。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。长期以来由于GaN材料与Si、蓝宝石等衬底材料的晶格失配没有得到很好的解决，导致GaN外延片的非辐射缺陷密度相当高。

与其它传统衬底材料相比，铝镁酸钪(ScAlMgO₄)与氮化镓的晶格失配率约1.8％，热膨胀系数失配也比其它传统衬底材料低，是一种理想的氮化镓外延生长衬底。申请人在专利ZL202220974186.0，CN 217444336 U中公开了一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构，本发明是在该专利的基础上，进一步优化外延结构，提升GaN薄膜的质量。

发明内容

为了提高以铝镁酸钪为衬底外延生长氮化镓薄膜的质量，本发明提供一种改进的外延结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于ScAlMgO₄衬底的GaN外延结构，包括依次层叠的ScAlMgO₄衬底，缓冲层，GaN 3D岛状生长层，GaN 2D层状生长层和HT-GaN生长层，其特点在于：在GaN 2D层状生长层和HT-GaN生长层之间具有GaN 3D粗糙/GaN 2D恢复超晶格生长层和AlN插入层，AlN插入层与HT-GaN生长层接触。

优选地，所述GaN 3D粗糙/GaN 2D恢复超晶格生长层由GaN 3D粗糙生长层和GaN2D恢复生长层交替构成，交替次数为2～10，GaN 3D粗糙生长层的厚度为100nm～1000nm，GaN 2D恢复生长层的厚度为200nm～2000nm。通过交替生长的Rough层和Recovery层释放GaN生长时所产生的应力。

优选地，GaN 3D粗糙生长层和GaN 2D恢复生长层的厚度与交替次数成反比。

优选地，所述AlN插入层的厚度为1nm～500nm。AlN插入层可以增加对GaN的面内压力从而与生长GaN过程所产生的张应力相抵消。

引入GaN 3D粗糙/GaN 2D恢复超晶格生长层后，可以降低改进前GaN 2D层状生长层的厚度。优选地，所述GaN 2D层状生长层的厚度为200nm～1200nm。

优选地，所述ScAlMgO₄衬底以(001)面偏(110)面0～0.3度为外延面。

优选地，所述缓冲层为AlN、InAlGaN、GaN或AlGaN缓冲层。

优选地，所述缓冲层的厚度为1nm～100nm。

优选地，所述GaN 3D岛状生长层的厚度为200nm～1200nm。

优选地，所述HT-GaN生长层的厚度为1000nm～5000nm。