电子阻挡层5中的铝/铟组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构。该电子阻挡层可以防止碳掺杂导致的电流崩塌效应。
[0036]优选的，所述非掺杂氮化镓沟道层6厚度为5~200nm。
[0037]优选的，所述异质结势皇层7为AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN材料中的一种或任意几种组合，该异质结势皇层7为非掺杂层或η型掺杂层，异质结势皇层的厚度10~30 nm。
[0038]如图1所示；至此，即完成了该外延结构的制备过程。图1即为实施例1的一种外延结构示意图。
[0039](7)图2中[a]为利用实施例1所示的生长方法生长的高耐压氮化物半导体外延结构中的应力状态；[b]为富铝氮化物应力缓冲层和顶层氮化镓缓冲层没有进行碳自动掺杂样品的应力状态。[c]为对顶层氮化镓缓冲层进行碳自动掺杂，而富铝氮化物应力缓冲层中未进行碳自动掺杂样品的应力状态。[d]为对富铝氮化物应力缓冲层进行碳自动掺杂，而顶层氮化镓缓冲层中未进行碳自动掺杂样品的应力状态。可以看到[b]中的应力状态近乎处于理想平衡状态。而[c]和[d]中对富铝氮化物应力缓冲层或者顶层氮化镓缓冲层单独进行碳自动掺杂，都会使得样品中的应力状态偏离平衡状态。[a]中利用实施例1所示的生长方法生长的高耐压氮化物半导体外延结构中的应力状态也近乎趋向于平衡。可以看到，通过引入复合氮化物外延缓冲层的样品相比于对缓冲层的不同部分单独碳掺杂的样品，外延层中的应力状态更加趋于平衡。这样可以降低翘曲度。
[0040](8)图3中[a]为利用实施例1所示的生长方法生长的总厚度为2.5微米的高耐压氮化物半导体外延结构中的漏电流特性；图3中[b]为利用实施例1所示的生长方法生长的相同厚度的氮化物半导体外延结构中的漏电流特性；其中顶层氮化镓缓冲层和富铝氮化物应力缓冲层没有引入碳自动掺杂技术。可以看到，使用实施例中的外延结构，相比没有使用实施例中的外延结构，漏电流最大降低了 6个量级，击穿电压(定义为漏电流超过lmA/_时的电压值)提高了 3.5倍。单位氮化物外延层厚度的耐压能力从103V/ ym提高到365V/Umo从上述结果可以看到，本发明所公开的一种高耐压氮化物半导体外延结构及其生长方法，可以极大的降低硅衬底上氮化物半导体外延层的漏电流特性，提高硅衬底上氮化物半导体外延层的单位厚度耐压能力，从而可以降低外延生长时间，降低生产成本。
[0041]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于，包括由下至上依次包括衬底、成核层、杂质过滤层，复合氮化物外延缓冲层，电子阻挡层，非掺杂氮化镓沟道层和异质结势皇层O
2.根据权利要求1所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述的衬底为Si衬底、碳化硅、蓝宝石衬底中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述的成核层为AIN、AlGaN、AlInGaN、GaN的任一种或组合；成核层厚度为lnm~500m。
4.根据权利要求1所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述的杂质过滤层为AlGaN ;厚度为lnm~500m ;所述杂质过滤层中的铝组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构。
5.根据权利要求1所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述的复合氮化物外延缓冲层包括一层高阻富铝氮化物应力缓冲层和该层高阻富铝氮化物应力缓冲层上面的一层高阻顶层氮化镓缓冲层。
6.根据权利要求5所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述高阻富铝氮化物应力缓冲层为A1N、AlGaN, GaN的任一种或组合；应力缓冲层厚度为100nm~10 μπι;所述高阻富铝氮化物应力缓冲层中的铝组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构；所述高阻富铝氮化物应力缓冲层掺杂Mg、Be、C、Fe 或 Zn。
7.根据权利要求6所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构，其特征在于:所述的高阻顶层氮化镓缓冲层厚度为100nm~10 μ m ;所述高阻顶层氮化镓缓冲层掺杂Mg、Be、C、Fe或Zn ； 所述电子阻挡层为AlGaN、InGaN、InAlGaN的任一种或组合；厚度为lnm~500m ;所述电子阻挡层中的铝/铟组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构； 所述非掺杂氮化镓沟道层厚度为5~200nm ; 所述异质结势皇层为AlGaN、AlInN、AlInGaN、AlN材料中的一种或任意几种组合，该异质结势皇层为非掺杂层或η型掺杂层，异质结势皇层的厚度10~30 nm。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种高耐压氮化物半导体外延结构的生长方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、在衬底上生长成核层； S 2、在成核层上生长一层杂质过滤层；厚度为l~500nm ； S 3、在杂质过滤层上生长一层高阻富铝氮化物应力缓冲层； S 4、在高阻富铝氮化物应力缓冲层上生长一层高阻顶层氮化镓缓冲层； S 5、在高阻顶层氮化镓缓冲层上生长一层高阻氮化物外延层； S 6、在高阻氮化物外延层上生长一层电子阻挡层； S 7、在电子阻挡层上生长一层非掺杂氮化镓沟道层； S 8、在非掺杂氮化镓沟道层上生长一层异质结势皇层。
9.根据权利要求8所述的高耐压氮化物半导体外延结构的生长方法，其特征在于:所述成核层、杂质过滤层、高阻富铝氮化物应力缓冲层、高阻顶层氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓沟道层和异质结势皇层的生长方法包括是金属有机化学气相沉积法或分子束外延法； 所述杂质过滤层为AlGaN ;厚度为lnm~500m ;所述杂质过滤层中的铝组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构。
10.根据权利要求9所述的高耐压氮化物半导体外延结构的生长方法，其特征在于:所述高阻富铝氮化物应力缓冲层为A1N、AlGaN, GaN的任一种或组合；应力缓冲层厚度为100nm~10 μπι;所述高阻富铝氮化物应力缓冲层中的铝组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构；所述高阻富铝氮化物应力缓冲层掺杂Mg、Be、C、Fe 或 Zn ; 所述高阻顶层氮化镓缓冲层厚度为100ηπι~10μπι;所述高阻顶层氮化镓缓冲层掺杂Mg、Be、C、Fe 或 Zn ; 所述电子阻挡层为AlGaN、InGaN、InAlGaN的任一种或组合；厚度为lnm~500m ;所述电子阻挡层中的铝/铟组分均匀分布，或随着厚度的变化而变化，或是形成多层结构或者超晶格结构。
【专利摘要】本发明涉及半导体材料外延生长的技术领域，公开一种高耐压氮化物半导体外延结构及其生长方法。由下至上依次包括衬底、成核层、杂质过滤层，复合氮化物外延缓冲层，电子阻挡层，非掺杂氮化镓沟道层和异质结势垒层；复合氮化物外延缓冲层包括一层高阻富铝氮化物应力缓冲层和该层高阻富铝氮化物应力缓冲层上面的一层高阻顶层氮化镓缓冲层。本发明高耐压氮化物半导体外延结构能够在对上层异质结二维电子气沟道性能影响甚微的前提下，改善硅衬底上氮化物半导体外延层中的应力状态，降低外延片翘曲。极大的降低硅衬底上氮化物半导体外延层的漏电流特性，提高硅衬底上氮化物半导体外延层的单位厚度耐压能力，从而可以降低外延生长时间，降低生产成本。
【IPC分类】H01L29-778, H01L29-10, H01L21-335
【公开号】CN104600109
【申请号】CN201510006329
【发明人】刘扬, 倪毅强, 周德秋
【申请人】中山大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月7日