AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件的制作方法
【专利说明】AI GaN模板、AI GaN模板的制备方法及AI GaN模板上的半导体器件
技术领域
[0001 ]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件。
【背景技术】
[0002]目前，大部分GaN基蓝光发光二极管(英文:lightemitting d1de，缩写:LED)与GaN基白光LED采用蓝宝石衬底。由于蓝宝石和GaN材料一直存在晶格失配和热失配问题，而AlN材料与GaN材料、蓝宝石衬底间仅有较小的晶格不匹配，因此将AlN作为缓冲层置入到蓝宝石衬底和GaN之间。具体地，先在蓝宝石衬底上生长一 AlN缓冲层，制成AlN模板，再在AlN模板上生长GaN外延，制成LED外延片。
[0003]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0004]AlN缓冲层的晶格常数小于GaN和蓝宝石，在AlN模板上生长GaN外延时，将导致后续GaN外延积累较大的压应力，在生长GaN外延中的量子阱结构时外延片处于翘曲状态，使得量子阱结构的生长温度不均匀，外延片波长均匀性较差，从而导致无法进行高良率的外延片的量产。图1示出了基于4英寸AlN模板的LED外延片的光致发光(英文:photoluminescence，缩写:PL)波长分布(英文:mapping)图，从图1可以看到，夕卜延片边缘(A点)波长为458nm，夕卜延片中心(B点)波长为468nm，中心和边缘的波长差达1nm，整片的波长标准方差达4.18nm，而合格的外延片要求波长标准方差为2nm，因此该外延片未达到合格要求。
【发明内容】
[0005]为了解决在现有的AlN模板上生长GaN外延时，导致后续GaN外延积累较大的应力，在生长GaN外延中的量子阱结构时外延片处于翘曲状态，使得量子阱结构的生长温度不均匀，外延片波长均匀性较差，从而导致无法进行高良率的外延片的量产的问题，本发明实施例提供了一种AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件。所述技术方案如下:
[0006]第一方面，提供了一种AlGaN模板，包括衬底，所述AlGaN模板还包括在所述衬底上沉积的Al HGaxN结晶薄膜，0〈x〈 I。
[0007]在第一方面的第一实施方式中，所述AlhGaxN结晶薄膜的厚度为Inm?100nm0
[0008]在第一方面的第二实施方式中，所述AlpxGaxN结晶薄膜包括在所述衬底上沉积的第一 AlGaN层，所述第一 AlGaN层中掺有氧。
[0009]在第一方面的第三实施方式中，从所述衬底与所述第一AlGaN层界面到所述第一AlGaN层的表面的方向，所述第一AlGaN层中的氧的含量是逐渐减少或逐渐增多的。
[0010]在第一方面的第四实施方式中，所述AlPxGaxN结晶薄膜还包括在所述第一AlGaN层上沉积的第二 AlGaN层，所述第二 AlGaN层中掺有氧且所述第二 AlGaN层中的氧是均匀分布在所述第二AlGaN层中的，所述第二AlGaN层的厚度大于lnm。
[0011]在第一方面的第五实施方式中，所述衬底为31、31(:、蓝宝石、2110、6&48、6&?、1%0、Cu、W或S12衬底。
[0012]第二方面，提供了一种AlGaN模板上的半导体器件，包括模板和在所述模板上生长的氮化物半导体层，
[0013]所述模板为前述AlGaN模板，所述氮化物半导体层沉积在所述AlnGaxN结晶薄膜上。
[0014]第三方面，提供了一种AlGaN模板的制备方法，所述方法包括:
[0015]提供衬底；
[0016]在所述衬底上沉积AlhGaxN结晶薄膜，0〈χ〈1。
[0017]在第三方面的第一实施方式中，在所述衬底上沉积AlhGaxN结晶薄膜，包括:
[0018]将所述衬底布置在真空环境中，并对所述衬底进行烘烤;烘烤时间为I?15分钟，烘烤温度为300?900摄氏度，烘烤压力小于10—7Torr;
[0019]完成烘烤后，在至少混合了Ar和N2的气体氛围下，对铝镓合金靶材进行溅射，以在所述衬底上沉积所述AlhGaxN结晶薄膜;沉积温度为400?800摄氏度，沉积压力为在I?I OmTorr，溅射功率为IKW?1KW，溅射时长为1秒?1000秒。
[0020]在第三方面的第二实施方式中，在所述衬底上沉积AlhGaxN结晶薄膜，包括:
[0021 ]将所述衬底布置到氮气氛围或者氮离子束流中；
[0022]再在所述氮气氛围或者所述氮离子束流中，采用电子束蒸发Al源和Ga源，以在所述衬底上沉积所述AlhGaxN结晶薄膜;沉积压力为2 X 10—5?7 X 10—5Torr，沉积温度为100?400摄氏度，沉积时间为1秒?1000秒。
[0023]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0024]通过在衬底上沉积AlpxGaxN结晶薄膜，形成AlGaN模板，后续在AlGaN模板上生长GaN外延时，相较于在AlN模板上生长GaN外延，由于Ga原子和Al原子同属族半导体，适量的Ga原子的掺入，不会对在AlGaN模板上生长的GaN外延的晶体质量有明显影响。而由于Ga原子半径较Al原子大，掺入Ga原子的AlGaN模板和AlN模板相比，其晶格常数同后续的GaN外延层更加接近。因此，采用AlGaN模板生长GaN外延，可以缓解GaN外延中的压应力，改善生长量子阱时外延片的翘曲。同时由于GaN材料的结晶温度较AlN材料低，在AlN模板中掺入适当的Ga，有利于提尚t旲板的晶体质量，从而提尚后续GaN外延材料的晶体质量。这样，该AlGaN丰旲板在保持甚至提高后续GaN外延晶体质量的同时，减小了GaN外延层中的积累应力，优化了LED外延的波长均匀性，有了实现AlGaN模板上外延片大规模量产的可行性。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本发明提供的基于现有的4英寸AlN模板制备的LED外延片的PL波长mapping图；
[0027]图2是本发明第一实施例提供的一种AlGaN模板的结构示意图；
[0028]图3是本发明第二实施例提供的一种AlGaN模板的结构示意图；
[0029]图4是本发明第三实施例提供的一种AlGaN模板的制备方法的流程图；
[0030]图5是本发明第四实施例提供的一种AlGaN模板上的半导体器件的结构示意图；[0031 ]图6是本发明第四实施例提供的4英寸LED外延片的PL波长mapping图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0033]图2不出了本发明第一实施例提供的一种AlGaN模板，如图2所不，该AlGaN模板包括衬底10和在衬底10上沉积的AlhGaxN结晶薄膜11，0〈χ〈1。
[0034]其中，本实施例不限定衬底10的种类，衬底10可以为S1、SiC、蓝宝石、ZnO、GaAs、GaP、MgO、Cu、W或 S12 衬底。
[°035] 在实现时，可以采用物理气相沉积(英文:Physical Vapor Deposit1n，缩写:PVD)工艺或电子束蒸发工艺在衬底上沉积该AhiGaxN结晶薄膜11。当采用PVD工艺在衬底10上沉积该Al1-xGaxN结晶薄膜11时，AlPxGaxN结晶薄膜11中的Al和Ga来源于铝镓合金靶材。当采用电子束蒸发工艺在衬底1上沉积Al PxGaxN结晶薄膜11时，Al PxGaxN结晶薄膜11中的Al和Ga来源于铝镓合金、或者金属铝源和金属镓源，金属铝源和金属镓源可以位于分立坩祸中。
[0036]其中，Ali—xGaxN结晶薄膜11的厚度可以为Inm?lOOOnm。
[0037]在实现时，该AlGaN模板适用于生长GaN外延，例如制成GaN基LED。
[0038]通过在衬底上沉积AlpxGaxN结晶薄膜，形成AlGaN模板，后续在AlGaN模板上生长GaN外延时，相较于在AlN模板上生长GaN外延，由于Ga原子和Al原子同属族半导体，适量的Ga原子的掺入，不会对在AlGaN模板上生长的GaN外延的晶体质量有明显影响。而由于Ga原子半径较Al原子大，掺入Ga原子的AlGaN模板和AlN模板相比，其晶格常数同后续的GaN外延层更加接近。因此，采用AlGaN模板生长GaN外延，可以缓解GaN外延中的压应力，改善生长量子阱时外延片的翘曲。同时由于GaN材料的结晶温度较AlN材料低，在AlN模板中掺入适当的Ga，有利于提尚t旲板的晶体质量，从而提尚后续GaN外延材料的晶体质量。这样，该AlGaN丰旲板在保持甚至