具有电磁波防护结构的GaN基半导体器件的外延结构及制作方法与流程

本发明涉及一种GaN基半导体器件的外延结构，尤其是一种具有电磁波防护结构的GaN基半导体器件的外延结构，属于半导体芯片制造技术领域。

背景技术：

GaN材料及器件近年来成为研究的热点，尤其是GaN基半导体器件，而许多GaN基半导体器件工作于电磁辐射环境中。长久以来，电磁波对半导体器件的辐射效应并没有引起人们足够的重视。实验证明， GaN基半导体器件经过一定强度的电磁波辐射后，其参数会发生漂移,早期失效时间缩短。这些变化都会影响半导体器件的使用可靠性，特别是一些敏感器件在高强度的电磁辐射环境中工作时，这种影响尤为突出。

以GaN基LED为例，GaN基LED的外延结构为：衬底--N型GaN --量子阱 --P型GaN，LED芯片的的PN结容易受到电磁波的辐射，PN结部位受到较强的电磁波辐射时会被破坏，会导致PN结反向漏电等异常，导致LED芯片失效。

综上所述，GaN基半导体器件的核心部件（如PN结）在工作中容易受到从电磁波的辐射，导致整个器件失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种将电磁波隔离在GaN基半导体LED芯片的外延层之外的防护结构，该防护结构主要设置在衬底和外延层之间，采用III-V族化合物作为防护层，且不同化合物之间交替设置，防护层能有效隔离电磁波的辐射，防止半导体LED芯片被破坏。

为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是，具有电磁波防护结构的GaN基半导体LED芯片的外延结构，包括衬底和外延层，所述外延层设置在衬底上，所述外延层从下到上依次为N型GaN层、量子阱和P型GaN层，其特征在于：在衬底和外延层之间设置有防护层，所述防护层为III-V族元素组成的化合物，不同化合物为不同层，不同层之间交替设置。

进一步地，不同防护层之间交替设置的次数决定了防护层的总层数，所述防护层的总层数为2~100层。

进一步地，所述防护层每层的厚度为5~500nm。

进一步地，具有防护层结构的外延层可阻隔波长为50~5000nm的电磁波。

为了进一步实现以上技术目的，本发明还提出了具有电磁波防护结构的GaN基半导体器件的外延结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤一. 提供一衬底，所述衬底分为图形化衬底和平面衬底；

步骤二. 在衬底上生长防护层，所述防护层至少包括第一防护层和第二防护层，所述第一防护层和第二防护层为III-V族元素组成的不同化合物，且第一防护层和第二防护层依次交替生长，完成防护层的生长；

步骤三. 在防护层上依次生长N型GaN层、量子阱和P型GaN层，完成外延层的生长；

进一步地，所述防护层生长的条件为：在500℃～1100℃下，沉积5~30min，参与生长的物质配比为，III族元素源的流量为30~160sccm，V族元素气体源的流量为20~160L/min，N₂的流量为30~150L/min，H₂的流量为5~120L/min。

进一步地，所述GaN基半导体器件包括耐高压GaN基二极管、高频GaN基二极管、GaN基LED二极管或HEMT晶体管。

从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：GaN基半导体器件的外延结构通过增设防护层结构，可以有效阻挡从衬底层射入的电磁波辐射，使电磁波辐射不能到达半导体器件的核心部件（如PN结）附近，保护了GaN基半导体器件，防止了器件因电磁波影响而发生失效。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4的结构示意图。

附图说明：1-衬底、2-外延层、201-N型GaN层、202-量子阱、203-P型GaN层、3-防护层、301-第一防护层、302-第二防护层、4-buffer 层。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1为衬底1为图形化衬底，防护层3设置在衬底1和N型GaN层201之间，如图1所示，具有电磁波防护结构的GaN基半导体LED芯片的外延结构，包括衬底1和外延层2，所述外延层2设置在衬底1上，所述外延层从下到上依次为N型GaN层201、量子阱202和P型GaN层203，其特征在于：在衬底1和N型GaN层201之间设置有防护层3，防护层3的图形跟衬底1的图形一致，所述防护层3包括第一防护层301和第二防护层302，所述第一防护层301为GaN层，厚度为116nm，第二防护层302为AlN，厚度为142nm，第一防护层301和第二防护层302交替设置，如此交替10次，防护层3为20层，具有该防护层5结构的外延层可阻隔波长为1060~1068nm的电磁波。

实施例2为衬底1为图形化衬底，且衬底1上设置有buffer层4，防护层3设置在衬底1上的buffer层4和N型GaN层201之间，如图2所示，具有电磁波防护结构的GaN基半导体LED芯片的外延结构，包括衬底1和外延层2，所述外延层2设置在衬底1上，所述外延层从下到上依次为N型GaN层201、量子阱202和P型GaN层203，其特征在于：在衬底1上设有的buffer层4，在buffer层4和N型GaN层201之间设置有防护层3，所述防护层3包括第一防护层301和第二防护层302，所述第一防护层301为GaN层，厚度为116nm，第二防护层302为AlN，厚度为142nm，第一防护层301和第二防护层302交替设置，如此交替8次，防护层3为16层，具有该防护层3结构的外延层可阻隔波长为1060~1068nm的电磁波。

实施例3为衬底1为平面衬底，且衬底1上设置有buffer层4，防护层3设置在衬底1上的buffer层4和N型GaN层201之间，如图3所示，具有电磁波防护结构的GaN基半导体LED芯片的外延结构，包括衬底1和外延层2，所述外延层2设置在衬底1上，所述外延层从下到上依次为N型GaN层201、量子阱202和P型GaN层203，其特征在于：在衬底1上设有的buffer层4，在buffer层4和N型GaN层201之间设置有防护层3，所述防护层3包括第一防护层301和第二防护层302，所述第一防护层301为GaN层，厚度为116nm，第二防护层302为AlN，厚度为142nm，第一防护层301和第二防护层302交替设置，如此交替12次，防护层3为26层，具有该防护层3结构的外延层可阻隔波长为1060~1068nm的电磁波。

实施例4为衬底1为图形化衬底，且衬底1上设置有buffer层4，buffer层4上设置有N型GaN层201，防护层3设置在2层N型GaN层2之间，如图4所示，具有电磁波防护结构的GaN基半导体LED芯片的外延结构，包括衬底1和外延层2，外延层2设置在衬底1上，所述外延层从下到上依次为N型GaN层201、量子阱202和P型GaN层203，其特征在于：在衬底1上设有的buffer层4，在buffer层4上设置有N型GaN层201，所述buffer层4和N型GaN层201设置在衬底1和外延层2之间，N型GaN层201和外延层2的N型GaN层201之间设置有防护层3，所述防护层3包括第一防护层301和第二防护层302，所述第一防护层301为GaN层，厚度为116nm，第二防护层302为AlN，厚度为142nm，第一防护层301和第二防护层302交替设置，如此交替14次，防护层3为28层，具有该防护层3结构的外延层可阻隔波长为1060~1068nm的电磁波。

实施例1的具有电磁波防护结构的GaN基半导体器件的外延结构的制作方法，防护层3为两种化合物，第一防护层301为GaN，第二防护层302为AlN，包括如下步骤：

提供一衬底1，在衬底1上生长GaN层，GaN层生长的条件为：生长温度为550℃，沉积时间为10.5min，参与生长物质配比如下：TMGa的流量为 80sccm，N2 的流量为75L/min，NH3的流量为60L/min，H2 的流量为85L/min；GaN层上生长AlN层，AlN层生长的条件为：生长温度580℃，沉积的时间15.1min，参与生长物质配比如下：TMAl的流量为35sccm，N2的流量为75L/min，NH3的流量为60L/min，H2的流量为 85L/min；所述GaN层和AlN层依次交替生长，交替生长的次数为10次，防护层3的总层数为20层，20层生长的时间为256min；在防护层3上依次生长N型GaN层201、量子阱202和P型GaN层203，完成外延层2的生长。

本发明的特点在于，在GaN基半导体器件的外延层和衬底之间设置防护层3，该防护层3主要为III-V族化合物，例如：AlN、GaN、InN、GaAs、InP等，所述化合物至少为2种，不同化合物为不同防护层，不同防护层之间交替设置，交替设置的次数决定防护层3的层数，不同化合物的折射率不同，能阻挡电磁波的波长不同，化合物的种类和每层防护层3的厚度决定可阻隔电磁波的波长大小；该防护结构能有效阻隔电磁波的辐射，防止GaN基半导体器件失效。

本发明的防护结构适用的GaN基半导体器件包括耐高压GaN基二极管、高频GaN基二极管、GaN基LED二极管或HEMT晶体管。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。