一种具有复合结构的氮化物缓冲层的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及二极管技术领域，尤其是指一种具有复合结构的氮化物缓冲层。
【背景技术】
[0002]现有技术中，为了在蓝宝石、碳化硅、硅等衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法获得高质量的GaN外延层，通常需要在低温下沉积一层GaN或者AlN缓冲层，然后在缓冲层上生长GaN外延层。越来越多的研究表明，使用物理气相沉积(PVD)的方法，可以在衬底上形成更加均匀致密、与衬底结合力更强的AlN缓冲层。美国专利公开号为US20140264363A1公开了使用PVD法沉积具有XRD(002)FWHM〈15弧秒且表面粗糙度<2nm的AlNI1
[0003]在沉积AlN缓冲层后，需要使用MOCVD在AlN缓冲层上生长GaN外延层。由于AlN和GaN两者之间有2.5%的晶格失配，若直接在AlN缓冲层上生长GaN外延层，会在两种材料之间产生应力。该应力会随着GaN厚度的增加而逐渐积累，直到GaN的厚度超过临界厚度，应力将通过失配位错的方式被释放，而位于GaN外延层中的失配位错将严重影响器件的性能和寿命O
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种具有复合结构的氮化物缓冲层，以避免在GaN外延层中产生失配位错，从而提高器件的性能和寿命。
[0005]为达成上述目的，本发明的解决方案为:
一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底上生长AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大。
[0006]进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。
[0007]进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。
[0008]进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。
[0009]进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。
[0010]进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。
[0011]—种具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，包括以下步骤:
一，在衬底上制作AlN缓冲层；
二，在AlN缓冲层上依次生长多组复合结构缓冲层，每组复合结构缓冲层中的AlN层和GaN层都使用脉冲法生长，并且生长AlN层时TMAl和NH3的脉冲周期都比生长上一个AlN层时的TMAl和NH3的脉冲周期递减I个，而生长GaN层时TMGa和NH3的脉冲周期都比生长上一个GaN层时的TMGa和NH3的脉冲周期递增I个，直至生长最后一组复合结构缓冲层中的AlN层时，TMAl和NH3的脉冲周期都减小为O。
[0012]进一步，AlN缓冲层采用PVD、M0CVD、HVPE(氢化物气相外延)或者ALD(原子层沉积)方法沉积在衬底上。
[0013]进一步，每一组复合结构缓冲层的AlN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。
[0014]进一步，每一组复合结构缓冲层的GaN层的厚度小于其应力完全释放时的临界厚度。
[0015]进一步，在多组复合结构缓冲层上外延生长功能层。
[0016]进一步，功能层由第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层构成，在多组复合结构缓冲层上依次外延生长第一型导电层、有源层、电子阻挡层及第二型导电层。
[0017]进一步，衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或者硅衬底。
[0018]采用上述方案后，本发明在AlN缓冲层上依次生长由下层为AlN层和上层为GaN层构成的多组复合结构缓冲层，每一组复合结构缓冲层的厚度相同，多组复合结构缓冲层中的AlN层的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零，多组复合结构缓冲层中的GaN层的厚度沿生长方向逐渐增大，从而能够调制AlN和GaN外延层中的应力，避免产生失配位错，进而提高器件的性能和寿命。
[0019]同时，本发明具有复合结构的氮化物缓冲层制作方法，能够精确控制外延层的厚度，提高原子的表面迀移率，从而获得表面更加平整、厚度均匀性更好的外延层。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图；
图2a和图2b是本发明AlN层与GaN层晶格失配状态不意图；
图3是本发明AlN层与GaN层晶格配合状态示意图；
图4是本发明的制作方法示意图。
[0021]标号说明
衬底IAlN缓冲层2
复合结构缓冲层3 AlN层31 GaN层32。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
[0023]参阅图1至图3所示，本发明揭示的一种具有复合结构的氮化物缓冲层，在衬底I上有AlN缓冲层2A1N缓冲层2可以采用PVD、M0CVD、HVPE(氢化物气相外延)或者ALD(原子层沉积)等方法沉积在衬底I上。
[0024]在AlN缓冲层2上依次生长由下层为AlN层31和上层为GaN层32构成的多组复合结构缓冲层3，具体为在AlN缓冲层2上生长第一组复合结构缓冲层3。第一组复合结构缓冲层3由第一 AlN层31和第一 GaN层32构成。然后在第一组复合结构缓冲层3上生长第二组复合结构缓冲层3。第二组复合结构缓冲层3由第二 AlN层31和第二 GaN层32构成。以此类推，在第二组复合结构缓冲层3上依次生长各组复合结构缓冲层，一直到第N组复合结构缓冲层3，N为正整数。第N组复合结构缓冲层3由第N AlN层31和第N GaN层32构成。在第N组复合结构缓冲层3上生长第N+1组复合结构缓冲层3。第N+1组复合结构缓冲层3由第N+1 AlN层31和第N+1GaN层32构成。
[0025]沿着外延生长方向，定义第η组(η= 1，2，…N，Ν+1)复合结构缓冲层的厚度为Τ(η)，其中第n AlN层的厚度为Α(η)，第n GaN层的厚度为Β(η)，则Τ(η)、Α(η)、Β(η)满足关系式 T(n) = A(n) + B(n)，即 T(I) = A(I) + B(I), T(2) = A(2) + B ⑵，...T(N) = A(N)+ B(N)，T(N+1) = A(N+1) + B(N+1)。为了调制复合结构缓冲层中的应力，每一组复合结构缓冲层3都具有相同的厚度，S卩T(n)满足关系式T(I) = Τ(2) =...= T(N) = Τ(Ν+1)。
[0026]每一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度都比上一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度减小，S卩Α(η)满足关系式A(I) > Α(2) >...A(N) > Α(Ν+1)，多组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度沿生长方向逐渐减小直至为零。如图1所示，最上组复合结构缓冲层3中只包含GaN层32，而AlN层31的厚度为零，而最底层AlN层31的厚度最大。
[0027]每一组复合结构缓冲层3中的AlN层31的厚度都小于其应力完全释放时的临界厚度。
[0028]每一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度都比上一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度增大，S卩Β(η)满足关系式B(I) < Β(2) <...B(N) < Β(Ν+1)。多组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度沿生长方向逐渐增大。
[0029]每一组复合结构缓冲层3中的GaN层32的厚度