一种半导体结构的制作方法

本申请涉及半导体，具体涉及一种半导体结构。

背景技术：

1、gan材料应用于照明、显示等领域一般为通过mocvd方法制备gan基led，其材料发光区主要为由gan和ingan材料周期性组成的多量子阱结构(mqw)，其中量子阱材料为ingan。高质量、高in组分ingan/gan的mqw生长是实现长波长发光器件的关键问题。由于ingan与gan材料的最佳生长温度不同，如果gan量子垒层采用较低的温度生长，会造成量子阱区晶体质量变差，降低发光效率。

2、目前，gan量子垒层通常采用较高温度生长，然而这会使ingan量子阱层在升温的过程中发生分解，降低量子阱层的in组分。另一方面，随着ingan内in组分的需求提高，外延量子阱的温度相比外延量子垒的温度要低的更多、温差更大，故在后续外延量子垒材料过程中，已完成外延的量子阱材料容易因更高的外延量子垒的温度而分解并向外迁移，甚至于分解析出呈金属态的in、ga等材料，进而造成量子阱材料晶体质量下降、对应led内量子效率明显下降、特征的发光频谱半宽偏大等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种半导体结构，以解决现有技术中ingan量子阱层高in组分难以实现的技术问题。

2、根据本申请的一个方面，本申请一实施例提供的一种半导体结构，包括：

3、多量子阱层，所述多量子阱层包含交替排布的量子垒层和量子阱层；

4、形成在所述量子阱层上的保护层，所述保护层为氧掺杂的氮化物材料。

5、作为可选的实施例，所述保护层氧元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

6、作为可选的实施例，所述量子阱层为ingan量子阱层，所述量子垒层为gan量子垒层，所述保护层为氧掺杂的algan材料、gan材料或alingan材料。

7、作为可选的实施例，沿半导体结构外延生长方向，多个所述保护层(23a，23b，…)氧元素的掺杂浓度为逐层均匀递增或跳变递增。

8、作为可选的实施例，沿半导体结构外延生长方向，每一所述保护层的氧元素掺杂方式为均匀掺杂、递增掺杂、递减掺杂或delta掺杂。

9、作为可选的实施例，所述保护层包括层叠设置的第一氧组分掺杂层和远离量子阱层的第二氧组分掺杂层。

10、作为可选的实施例，所述第一氧组分掺杂层的掺杂浓度大于所述第二氧组分掺杂层的掺杂浓度。

11、作为可选的实施例，所述保护层为氧/镁共掺材料，所述氧元素和镁元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

12、作为可选的实施例，所述保护层镁元素的掺杂浓度变化趋势与氧元素的掺杂浓度变化趋势相同。

13、作为可选的实施例，沿半导体结构外延生长方向，多个所述保护层的厚度逐层递增。

14、作为可选的实施例，沿半导体结构外延生长方向，每个所述保护层的厚度小于5nm。

15、作为可选的实施例，在多量子阱层上形成电子阻挡层，所述电子阻挡层为氧/镁共掺的algan材料。

16、作为可选的实施例，所述电子阻挡层氧元素和镁元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

17、作为可选的实施例，所述电子阻挡层中氧元素和镁元素的含量比大于0.5小于2。

18、作为可选的实施例，所述电子阻挡层(40)氧元素掺杂方式为均匀掺杂、递增掺杂、递减掺杂或delta掺杂。

19、作为可选的实施例，沿半导体结构外延生长方向，所述电子阻挡层被划分为多个子区s1，…，sm，所述多个子区中至少两个子区的氧元素的掺杂浓度不同；或

20、沿水平方向所述电子阻挡层被划分为多个子区s1，…，sm，所述多个子区中至少两个子区的氧元素的掺杂浓度不同。

21、作为可选的实施例，所述电子阻挡层中镁元素的掺杂浓度变化趋势与氧元素的掺杂浓度变化趋势相同。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、本发明中的半导体结构中多量子阱层的ingan量子阱层上方的保护层采用氧掺杂的氮化物材料，利用o原子代替gan保护层中的n原子。由于ga-o晶胞较ga-n晶胞大，掺入o元素的保护层基于ingan量子阱层而形成的张应力得以缓解、释放，致使此掺o的保护层有更高的材料质量和更低的缺陷密度，进而对量子阱层具有更好的保护功能，即避免ingan量子阱中的in析出；且由于氧掺杂的gan保护层较gan具有更宽的禁带宽度，在电场作用下，由氧掺杂的gan保护层和ingan量子阱层形成的异质结，其界面端能带弯曲更大，即ingan量子阱层的畸变更大，其下方量子阱层的禁带宽度变窄，从而可以实现以更低in组分的ingan量子阱材料实现更长的发光波长，使得局域具有更多的电子，进而使得薄层中的载流子密度显著提高，从而提高辐射复合概率，提高发光效率。

24、本发明的电子阻挡层为氧/镁共掺的algan材料，由于o-和al+/ga+形成的al-o键或ga-o键，较al-n/ga-n具有更强的化学键能，从而提升algan电子阻挡层的化学稳定性、材料质量得以提高；另一方面，通过掺入激活施主电子o原子，可以有效地激活受主mg原子，共掺杂体系的形成能更低以及更加稳定。另一方面，通过掺入激活施主电子o原子，可以有效地使mg原子与电子阻挡层algan中的n原子形成的mg-n键键长变短，mg-n键的结合强度更大，有效提高mg原子在电子阻挡层algan中的固溶度，增加半导体结构的稳定性，且o-与外延过程中氨气和mo源中离子化的h+也更容易结合形成钝化的o-h键，进而mg元素掺入电子阻挡层材料时形成mg-h键以及形成深能级mg离子的概率大大降低，从而实现mg元素的有效掺杂、经后期退火后形成高载流子浓度的p型电子阻挡层材料。

技术特征：

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述保护层(23)氧元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

3.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述量子阱层(22)为ingan量子阱层，所述量子垒层(21)为gan量子垒层，所述保护层(23)为氧掺杂的algan材料、gan材料或alingan材料。

4.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，沿半导体结构外延生长方向，多个所述保护层(23a，23b，…)氧元素的掺杂浓度为逐层均匀递增或跳变递增。

5.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，沿半导体结构外延生长方向，每一所述保护层(23)的氧元素掺杂方式为均匀掺杂、递增掺杂、递减掺杂或delta掺杂。

6.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述保护层(23)包括层叠设置的第一氧组分掺杂层(231)和远离量子阱层(22)的第二氧组分掺杂层(232)。

7.根据权利要求6所述半导体结构，其特征在于，所述第一氧组分掺杂层(231)的掺杂浓度大于所述第二氧组分掺杂层(232)的掺杂浓度。

8.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，所述保护层(23)为氧/镁共掺材料，所述氧元素和镁元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

9.根据权利要求8所述半导体结构，其特征在于，所述保护层(23)镁元素的掺杂浓度变化趋势与氧元素的掺杂浓度变化趋势相同。

10.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，沿半导体结构外延生长方向，多个所述保护层(23a，23b，…)的厚度逐层递增。

11.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，沿半导体结构外延生长方向，每个所述保护层(23a，23b，…)的厚度小于5nm。

12.根据权利要求1所述半导体结构，其特征在于，在多量子阱层(20)上形成电子阻挡层(40)，所述电子阻挡层(40)为氧/镁共掺的algan材料。

13.根据权利要求12所述半导体结构，其特征在于，所述电子阻挡层(40)氧元素和镁元素的掺杂浓度小于1e20/cm3。

14.根据权利要求12所述半导体结构，其特征在于，所述电子阻挡层(40)中氧元素和镁元素的含量比大于0.5小于2。

15.根据权利要求12所述半导体结构，其特征在于，所述电子阻挡层(40)氧元素掺杂方式为均匀掺杂、递增掺杂、递减掺杂或delta掺杂。

16.根据权利要求12所述半导体结构，其特征在于，沿半导体结构外延生长方向，所述电子阻挡层(40)被划分为多个子区s1，…，sm，所述多个子区中至少两个子区的氧元素的掺杂浓度不同；或

17.根据权利要求12所述半导体结构，其特征在于，所述电子阻挡层(40)中镁元素的掺杂浓度变化趋势与氧元素的掺杂浓度变化趋势相同。

技术总结
本申请提供了一种半导体结构，半导体结构包括，n型半导体层；包含量子垒层和量子阱层的多量子阱层；保护层，位于量子阱层上，为氧掺杂的氮化物材料；p型半导体层。本申请中，氮化物保护层经氧掺杂后可进一步提高保护层的能带宽度和半导体结构的材料质量以及降低缺陷密度，进而对量子阱具有更好的保护功能，避免InGaN量子阱中的In析出，氧掺杂保护层的存在可以实现以更低In组分的InGaN量子阱材料实现更长的发光波长。

技术研发人员：刘慰华,程凯
受保护的技术使用者：苏州晶湛半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24