核层晶格匹配的元素及与晶格匹配层晶格匹配的元素的含量随缓冲层厚度的增加而连续变化，缓冲层下面的材料结构与成核层的材料结构接近，上面的材料结构和晶格匹配层的材料结构接近，很好地解决了支撑衬底与GaN外延材料之间的晶格匹配和热应力匹配的问题。
[0052]下面结合图2至图9以及具体实施例详细描述本发明提供的用于生长GaN外延材料的衬底结构及其制作方法。
[0053]具体的，在本实施例中，提出了一种用于生长GaN外延材料的衬底结构，包括:支撑衬底10(如图2所示)；优选的，所述支撑衬底10为硅衬底;成核层20，形成于所述支撑衬底10的表面，如图3所示;可选的，所述成核层20为Al、Ah03、A1N中的至少一种;在本实施例中，所述成核层20的材料为AlN;缓冲层30，形成于所述成核层20的表面;所述缓冲层30包含与成核层晶格匹配的元素(例如是Al和N)，还包含与晶格匹配层晶格匹配的元素，且越靠近所述成核层时，所述缓冲层中与成核层晶格匹配的元素所占比例越高(如Al和N的比例越高)，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越低;越靠近所述晶格匹配层时，所述缓冲层中与成核层晶格匹配的元素所占比例越低，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越高；晶格匹配层40，所述晶格匹配层40形成在所述缓冲层30的表面，所述晶格匹配层40的材料为GaN，获得如图9所示的用于生长GaN外延材料的衬底结构。
[0054]其中，所述缓冲层30的材料可以为Al(1—x)GaxN、In(1—y)GayN或In(1—y)Al(1—x)Ga(x+y)N中的至少一种，在本实施例中，优选的，所述缓冲层30的材料为Al (1-x)GaxN，其中x，y连续变化的正数;进一步的，x = t/T、y = t/T,其中T为缓冲层30的总厚度，T = 0.Ιμπι?10ym;t为O至IjT之间的连续变化的数值。
[0055]具体的，如图4所示，在缓冲层30形成的初始位置，X= O，所述位置31处的缓冲层30材料为A1N，与所述成核层20的材料相同，两者晶格匹配。
[0056]如图5所示，缓冲层30继续生长至第一厚度，例如是0.25μπι处，χ = 0.75，所示位置32处的缓冲层30材料为Al0.T5Ga0.25Ν，接近成核层20的材料。
[0057]如图6所示，缓冲层30继续生长至第二厚度，例如是0.5μπι处，X = 0.5，所示位置33处的缓冲层30材料为Al0.5GaQ.5N，处于成核层20与后续形成晶格匹配层的材料之间。
[0058]如图7所示，缓冲层30继续生长至第三厚度，例如是0.75μπι处，X = 0.75，所示位置34处的缓冲层30材料为Al0.25Ga0.75N，接近后续形成晶格匹配层的材料。
[°°59] 如图8所示，缓冲层30继续生长至第四厚度，例如是Ιμπι处，X = I，所示位置35处的缓冲层30材料为GaN，与后续形成晶格匹配层的材料相同，这样形成的缓冲层30能够同时与成核层20和后续形成的晶格匹配层进行匹配，实现良好的接触。
[0060]在本实施例的另一方面还提出了一种用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，用于制作如上文所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，包括步骤:
[0061 ] SlOO:提供一支撑衬底10，例如是硅衬底；
[0062]S200:在所述支撑衬底10表面形成材料为AlN的成核层20;
[0063]S300:在所述成核层20表面形成缓冲层30，在形成所述缓冲层30过程中，通过控制反应气体的流量大小，使所述缓冲层30在越靠近成核层20时，与成核层晶格匹配的元素所占比例越高，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越低;越靠近所述晶格匹配层时，与成核层晶格匹配的元素所占比例越低，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越高；
[0064]S400:在所述缓冲层30表面形成晶格匹配层40。
[0065]具体的，在本实施例中，可以通过派射、MOCVD(Metal_organic Chemical VaporDeposit1n，金属有机化合物化学气相沉淀)、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)或MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)工艺在所述支撑衬底10上形成所述成核层20，可以通过所述MOV⑶工艺在所述成核层20上形成所述缓冲层30，所述缓冲层30为Al (1—x)GaxN，其采用NH3、TMGa和TMAl形成，通过控f|jijTMGa和TMAl的流量，使所述缓冲层30在生长过程中与成核层晶格匹配的元素及与晶格匹配层晶格匹配的元素含量发生连续变化，以使形成的缓冲层30满足上述要求。
[0066]综上，在本发明实施例提供的用于生长GaN外延材料的衬底结构及其制作方法中，在支撑衬底上依次形成了成核层、缓冲层和晶格匹配层，首先解决了现有技术中支撑衬底表面易于氧化和易于受Ga或Ga的化合物回熔影响的问题;其次缓冲层中与成核层晶格匹配的元素及与晶格匹配层晶格匹配的元素的含量随缓冲层厚度的增加而连续变化，缓冲层下面的材料结构与成核层的材料结构接近，上面的材料结构和晶格匹配层的材料结构接近，很好地解决了现有技术中支撑衬底与GaN外延材料之间的晶格匹配和热应力匹配的问题。。
[0067]上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，包括: 支撑衬底； 成核层，形成于所述支撑衬底表面； 缓冲层，形成于所述成核层表面； 晶格匹配层，形成于所述缓冲层表面； 其中，所述缓冲层包含与所述成核层的晶格匹配的元素以及与所述晶格匹配层的晶格匹配的元素；越靠近所述成核层时，所述缓冲层中与所述成核层晶格匹配的元素所占比例越高，与所述晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越低;越靠近所述晶格匹配层时，所述缓冲层中与所述成核层的晶格匹配的元素所占比例越低，与所述晶格匹配层的晶格匹配的元素所占比例越尚。2.如权利要求1所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，所述成核层材质为Al、Ah03或AlN中的至少一种。3.如权利要求1所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，所述晶格匹配层材质为GaN。4.如权利要求1所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，所述缓冲层材质为 Al(i—x)GaxN、In(i—y)GayN 或 In(i—y)Al(i—x)Ga(x+y)N 中的至少一种，其中x，y为正数。5.如权利要求4所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，x= t/ T，y = t/T，其中T为所述缓冲层的总厚度，t为0?ΤΖ间的数值。6.如权利要求1所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，所述缓冲层的厚度为0.1ym?ΙΟμπι。7.如权利要求1所述的用于生长Ga N外延材料的衬底结构，其特征在于，所述支撑衬底为硅衬底。8.—种用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，制作用于生长GaN外延材料的衬底结构，其特征在于，包括步骤: 提供一支撑衬底； 在所述支撑衬底表面形成成核层； 在所述成核层表面形成缓冲层，在形成所述缓冲层过程中，通过控制反应气体的流量大小，使所述缓冲层在越靠近成核层时，与成核层晶格匹配的元素所占比例越高，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越低;并且，越靠近所述晶格匹配层时，与成核层晶格匹配的元素所占比例越低，与晶格匹配层晶格匹配的元素所占比例越高；以及 在所述缓冲层表面形成晶格匹配层。9.如权利要求8所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，其特征在于，通过溅射、MOCVD、HVPE或MBE工艺在所述支撑衬底上形成所述成核层。10.如权利要求8所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，其特征在于，通过所述MOV⑶工艺在所述成核层上形成所述缓冲层。11.如权利要求10所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，其特征在于，所述缓冲层为Ala—x)GaxN，使用NH3、TMGa和TMAl形成，其中，X为正数。12.如权利要求11所述的用于生长GaN外延材料的衬底结构的制作方法，其特征在于，通过控制TMGa和TMAl的流量，使所述缓冲层在生长过程中与成核层晶格匹配的元素及与晶格匹配层晶格匹配的元素含量发生连续变化。
【专利摘要】本发明提出了一种用于GaN外延材料生长的衬底结构及其制作方法，在支撑衬底上依次形成了成核层、缓冲层和晶格匹配层，首先解决了现有技术中支撑衬底表面易于氧化和易于受Ga或Ga的化合物回熔影响的问题；其次缓冲层中与成核层晶格匹配的元素及与晶格匹配层晶格匹配的元素的含量随缓冲层厚度的增加而连续变化，缓冲层下面的材料结构与成核层的材料结构接近，上面的材料结构和晶格匹配层的材料结构接近，解决了现有技术中支撑衬底与GaN外延材料之间的晶格匹配和热应力匹配的问题。
【IPC分类】C30B25/18, H01L21/02
【公开号】CN105702565
【申请号】CN201610224869
【发明人】李东昇, 丁海生, 陈善麟
【申请人】杭州士兰微电子股份有限公司, 杭州士兰明芯科技有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年4月11日