复合电流扩展层及其制作方法与流程

本发明涉及一种电流扩展层的制作方法，更具体的说，本发明主要涉及一种复合电流扩展层及其制作方法。

背景技术：

目前普遍采用的电流扩展层的主要工艺为高梯度电导扩展电流的方法，即通过在外延层中插入一个高掺杂的高电导层，在该高电导层将电流扩展开，常见的电流扩展层工艺包括ito透明电极层、金属电流扩展层、重掺n型或p型电流扩展层等，但前述的电流扩展层较为单一，仍无法彻底解决电流拥堵严重的问题，影响芯片的可靠性，并使芯片始终存在droop效应；因此有必要针对电流扩展层的结构进行研究和改进。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种复合电流扩展层及其制作方法，以期望解决现有技术中各类电流扩展层对于电流扩展功能不足，从而造成电流拥堵严重等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种复合电流扩展层，所述电流扩展层包括由下至上设置的底层隔离层、gan电流扩展层、异质结隔离层与algan势垒层，其中：所述底层隔离层与异质结隔离层均为alxga1-xn材料，其中x的值为50％至100％，且所述底层隔离层与异质结隔离层的厚度均小于或等于2nm；所述gan电流扩展层为无掺杂gan材料，且所述gan电流扩展层的厚度为10nm至200nm；所述algan势垒层为n型掺杂的alxga1-xn材料，其中x值为2％至30％，厚度为10nm至100nm。

本发明另一方面还提供了一种复合电流扩展层，所述电流扩展层包括由下至上设置的底层隔离层、gan电流扩展层、异质结隔离层与algan势垒层，其中：所述底层隔离层与异质结隔离层均为alxga1-xn材料，其中x的值为50％至100％，且所述底层隔离层与异质结隔离层的厚度均小于或等于2nm；所述gan电流扩展层为无掺杂gan材料，且所述gan电流扩展层的厚度为10nm至200nm；所述algan势垒层为无掺杂的alxga1-xn材料，其中x值为2％至30％，厚度为10nm至100nm。

作为优选，进一步的技术方案是：所述电流扩展层还包括表面接触层，所述表面接触层置于algan势垒层的上部；且所述表面接触层为inyga1-yn，其中y值为5％至35％，厚度为2nm至10nm。

本发明还一方面提供了一种上述复合电流扩展层的制作方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤a、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在外延主体结构的上部生长底层隔离层，所述底层隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar；待底层隔离层形成后，继续进行下一步骤；

步骤b、在底层隔离层的上部生长gan电流扩展层，所述gan电流扩展层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为50mbar至600mbar；待gan电流扩展层形成后，继续进行下一步骤；

步骤c、在gan电流扩展层的上部生长异质结隔离层，所述异质结隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar；待异质结隔离层形成后，继续执行下一步骤；

步骤d、在异质结隔离层的上部生长algan势垒层，所述algan势垒层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar；进而形成复合电流扩展层。

作为优选，进一步的技术方案是：所述的方法还包括步骤e、在algan势垒层的上部生长表面接触层，所述表面接触层的生长温度为500℃至900℃，生长压力为50mbar至600mbar，进而形成复合电流扩展层。

更进一步的技术方案是：所述步骤a中的外延主体结构按照如下步骤制作：

步骤a11、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上生长基底层，所述基底层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待基底层形成后，继续进行下一步骤；

步骤a12、在基底层的上部生长n型层，所述n型层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待n型层形成后，完成外延主体结构制作。

更进一步的技术方案是：所述步骤a中的外延主体结构按照如下步骤制作：采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在已经形成的复合电流扩展层上生长量子阱垒结构层。

更进一步的技术方案是：所述步骤a中的外延主体结构按照如下步骤制作：

步骤a21、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上生长基底层，所述基底层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待基底层形成后，继续进行下一步骤；

步骤a22、在基底层的上部生长n型层，所述n型层为n型掺杂的alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待n型层形成后，继续进行下一步骤；

步骤a23、n型层上生长多量子阱垒层，所述量子阱垒层为alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn周期结构，其中x的值为0至30％，y的值为0至50％，a的值为0至30％，b的值为0至10％；待多量子阱垒结构形成后，完成外延主体结构制作。

更进一步的技术方案是：所述步骤a中的外延主体结构按照如下步骤制作：采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在已经形成的复合电流扩展层上生长p型层，p型层为alainbga1-a-bn材料，其中a的值为0至30％，b的值为0至10％。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过多层复合而成的电流扩展层，异质结高迁移率二维电子或空穴气电流扩展层，利用该高迁移率的二维电子或空穴气层，可将电流更加有效的扩展开，消除电流拥堵严重的问题，提高芯片可靠性，降低芯片的droop效应；同时本发明所提供的一种复合电流扩展层结构简单，适于在各类芯片上生长使用，应用范围广阔。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本发明另一个实施例的结构示意图；

图3为用于说明本发明实施例的应用结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种复合电流扩展层，电流扩展层包括由下至上设置的底层隔离层、gan电流扩展层、异质结隔离层与algan势垒层，其中：

上述底层隔离层与异质结隔离层均为alxga1-xn材料，其中x的值为50％至100％，且所述底层隔离层与异质结隔离层的厚度均小于或等于2nm；底层隔离层用于将有效层gan电流扩展层与底层外延主体结构隔离，消除底层外延结构对有效层gan电流扩展层的影响；异质结隔离层用于将有效层gan电流扩展层和algan势垒层隔离，消除algan势垒层对二维电子或空穴气层的影响；

上述gan电流扩展层为无掺杂gan材料，且所述gan电流扩展层的厚度为10nm至200nm；该层形成二维电子或空穴气，从而实现对电流的有效扩展；

上述algan势垒层为无掺杂的alxga1-xn材料，其中x值为2％至30％，厚度为10nm至100nm；该层与gan电流扩展层组成异质结形成限制载流子的三角势阱，其中n型掺杂的势垒材料还起到提供电子的作用

上述algan势垒层为无掺杂的alxga1-xn材料，其中x值为2％至30％，厚度为10nm至100nm；该层用于将有效层gan电流扩展层和algan势垒层隔离，消除algan势垒层对二维电子或空穴气层的影响；该层与gan电流扩展层组成异质结形成限制载流子的三角势阱，其中n型掺杂的势垒材料还起到提供电子的作用

本实施例中的复合电流扩展层使用状态如图3所示，该材质的复合电流扩展层可生长于图3中的复合电流扩展层1或复合电流扩展层2；通过该复合电流扩展层，当其插入外延层中时，该层异质结处因能带弯曲形成三角势阱，产生高迁移率的二维电子或空穴气层，实现对电流有效的扩展，消除因载流子浓度低或迁移率低引起的电流拥堵现象，提高芯片可靠性，降低芯片droop效应。

仍然参考图1所示，本发明的该实施例仍然是一种复合电流扩展层，与上述实施例中复合电流扩展层唯一不同的是，本实施例中的algan势垒层为n型掺杂的alxga1-xn材料，其中x值为2％至30％，厚度为10nm至100nm。

本实施例中所述结构的复合电流扩展层至适于在图3所示的复合电流层1的位置使用，进而保证复合电流扩展层与n型层相配合，实现与上述实施例基本类似的技术效果。

参考图2所示，在本发明的另一实施例中，该复合电流扩展层还可以包括表面接触层，该表面接触层置于上述algan势垒层的上部；且表面接触层为inyga1-yn，其中y值为5％至35％，厚度为2nm至10nm；该层用于和ito透明电极更好的欧姆接触；一般而言，加入了表面接触层的复合电流层仅适于在图3所示的复合电流层2中使用。

基于上述复合电流扩展层的结构，本发明的又一实施例是一种上述实施例中复合电流扩展层的制作方法，本方法中需要使用到mocvd设备，mocvd是指是在气相外延生长(vpe)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术；利用该设备所执行的金属有机物化学气相沉积法是一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术。该方法现在主要用于化合物半导体的气相生长上。用该法制备薄膜时，作为含有化合物半导体元素的原料化合物，必须满足常温稳定且易处理，在室温附近有适当的蒸气压，反应的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层等条件。因此常选用金属的烷基或芳基衍生物，羟基衍生物、羟基衍生物等为原料。它最主要的特点是沉积温度低。另外由于不采用卤化物原料，因此在沉积中不存在刻蚀反应；适用范围广，几乎可生长所有化合物和合金半导体；生长温度范围宽，适宜大批量生产。

上述的方法复合电流扩展层可按照如下步骤进行制作：

步骤s11、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在外延主体结构的上部生长底层隔离层，所述底层隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于将有效层gan电流扩展层与底层外延结构隔离，消除底层外延结构对有效层gan电流扩展层的影响；待底层隔离层形成后，继续进行s12；

步骤s12、在底层隔离层的上部生长gan电流扩展层，所述gan电流扩展层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为50mbar至600mbar，该层形成二维电子或空穴气，从而实现对电流的有效扩展；待gan电流扩展层形成后，继续进行s13；

步骤s13、在gan电流扩展层的上部生长异质结隔离层，所述异质结隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于将有效层gan电流扩展层和algan势垒层隔离，消除algan势垒层对二维电子或空穴气层的影响；待异质结隔离层形成后，继续执行s14；

步骤s14、在异质结隔离层的上部生长algan势垒层，所述algan势垒层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于与gan电流扩展层[002]组成异质结形成限制载流子的三角势阱，其中n型掺杂的势垒材料还起到提供电子的作用；进而形成复合电流扩展层。本步骤结束后，制作完成的复合电流扩展层可在图3所示的复合电流扩展层1或者复合电流扩展层2中使用；

进一步的，上述步骤s11中提到的，上述外延主体结构如图3所示，其具体可按照如下步骤制作：

步骤s111、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上生长基底层，所述基底层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待基底层形成后，继续进行下一步骤；

步骤s112、在基底层的上部生长n型层，所述n型层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待n型层形成后，完成外延主体结构制作。

另一方面，所述的步骤s11中的外延主体结构还可按照如下步骤制作：采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在已经形成的复合电流扩展层上生长量子阱垒结构层。

在本发明的另一实施例中，制作只适于在图3所示的复合电流扩展层2上使用的复合电流扩展层结构，具体为步骤与上述实施例基本相同，具体如下：

步骤s21、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在外延主体结构的上部生长底层隔离层，所述底层隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于将有效层gan电流扩展层与底层外延结构隔离，消除底层外延结构对有效层gan电流扩展层的影响；待底层隔离层形成后，继续进行s22；

步骤s22、在底层隔离层的上部生长gan电流扩展层，所述gan电流扩展层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为50mbar至600mbar，该层形成二维电子或空穴气，从而实现对电流的有效扩展；待gan电流扩展层形成后，继续进行s23；

步骤s23、在gan电流扩展层的上部生长异质结隔离层，所述异质结隔离层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于将有效层gan电流扩展层和algan势垒层隔离，消除algan势垒层对二维电子或空穴气层的影响；待异质结隔离层形成后，继续执行s24；

步骤s24、在异质结隔离层的上部生长algan势垒层，所述algan势垒层的生长温度为900℃至1300℃，生长压力为10mbar至200mbar，该层用于与gan电流扩展层[002]组成异质结形成限制载流子的三角势阱，其中n型掺杂的势垒材料还起到提供电子的作用；待algan势垒层形成后，继续执行s25；

步骤s25、在algan势垒层的上部生长表面接触层，前述表面接触层的生长温度为500℃至900℃，生长压力为50mbar至600mbar，进而形成复合电流扩展层。

进一步的，上述步骤s21中提到的，上述外延主体结构如图3所示，其具体可按照如下步骤制作：采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在已经形成的复合电流扩展层上生长p型层，p型层为alainbga1-a-bn材料，其中a的值为0至30％，b的值为0至10％。

根据本发明的另一实施例，上述步骤s21中提到的，上述外延主体结构如图3所示，其具体可按照如下步骤制作：

步骤s211、采用mocvd设备，通过金属有机物化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上生长基底层，所述基底层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待基底层形成后，继续进行下一步骤；

步骤s212、在基底层的上部生长n型层，所述n型层为alxga1-xn材料，其中x的值为0至100％；待n型层形成后，继续进行下一步骤；

步骤s213、在n型层的上部生长多量子阱垒层，所述量子阱垒层为alxinyga1-x-yn/alainbga1-a-bn周期结构，其中x的值为0至30％，y的值为0至50％，a的值为0至30％，b的值为0至10％；待多量子阱垒结构形成后，完成外延主体结构制作；

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。