CN115020481A - 一种氮化物外延层及其制备方法与功率射频器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化物外延层及其制备方法与功率射频器件，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底、缓冲层、应力调节层、飘移层和位障层；所述飘移层包括半导体材料，所述半导体材料包括AlN、GaN、AlGaN或AlInGaN中的任意一种或至少两种的组合；所述飘移层中Al的含量为1～30wt％，In的含量为0～30wt％。本发明通过生长飘移层，所述飘移层中含有半导体材料，利用改变应力调节层不同生长方式使得因晶格常数差异和热膨胀系数不同，从而改善了氮化镓的晶体品质。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种氮化物外延层，尤其涉及一种氮化物外延层及其制备方法与功率射频器件。
背景技术
III-V族化合物半导体材料由于其较宽的直接带隙，良好的热学和化学稳定性而被广泛应用于微电子和光电子器件领域，并在近几年的研究和应用中取得了突破性的进展。
以氮化镓为代表的III族氮化物宽禁带半导体以禁带宽度大、电子饱和与飘移速度高、临界击穿电场高、热导率高、稳定性好等优异的物理特性，继第一代半导体硅、锗和第二代半导体砷化镓、磷化铟之后，成为第三代半导体的主要材料体系，GaN基的功率半导体器件被广泛应用在军事、航空航天、通信技术、汽车电子和开关电源等领域。
GaN基的功率半导体器件，如高电子迁移率晶体管主要是基于由AlxGa1-xN和GaN异质结构制备的。AlxGa1-xN/GaN异质结构的界面因自发极化和压电极化，以及能带的不连续性，从而在界面形成高浓度的二维电子气。GaN基HEMT具有二维电子气浓度高、迁移率高和击穿电场强等优点被广泛用于高频和高功率微波器件。
由于GaN基外延层与衬底之间巨大的晶格失配和热膨胀系数失配，以及Ga原子易扩散到衬底表面产生回熔而破坏界面的问题，生长高质量无龟裂外延是重要的技术问题。
CN 110071173A提供了一种半导体装置及其制造方法。半导体装置包含衬底、经掺杂III-V族层、导体结构、及金属层。所述经掺杂III-V族层设置于所述衬底上。所述导体结构设置于所述经掺杂III-V族层上。所述金属层设置于所述导体结构及所述经掺杂III-V族层之间。
CN 112635399A公开了一种氮化镓功率器件的制备方法，该方法在对于划片道区域进行刻蚀之前，以湿法刻蚀和第二次刻蚀的工序去除掉位于所述划片道区域上的介质层和氮化镓层，从而降低了在划片过程中由于划片道区域上的介质层内部的应力而导致产生裂纹，进而对半导体器件单元的性能产生不良影响的可能。另外在对所述划片道区域上的介质层和氮化镓层进行刻蚀时，先利用湿法刻蚀去除半导体器件层上层的介质层，湿法刻蚀不会消耗掩膜层厚度，因此刻蚀过程无需两次设置掩膜层，减少了工艺流程。进一步的，在利用湿刻蚀去除上层介质层时，由于湿法刻蚀的工艺特性，形成的所述第一凹槽的侧壁为斜面，有利于进一步释放所述半导体器件层中各个膜层中的应力。
CN 113643962A公开了一种氮化镓外延层的制备方法及氮化镓外延片结构。该制备方法包括以下步骤：将衬底放入反应腔室中，向反应腔室内通入铝源并持续预设的时间以形成厚度介于2-5nm的成核层；在成核层上依次形成包括AlGaN层、铝渐变层和过渡GaN层的总厚度介于400-450nm的过渡层，在过渡层上形成厚度介于1.5-2微米的氮化镓外延层。该方法下在衬底与氮化镓外延层之间先沉积一层过渡层，过通过过渡层能够减少衬底与外延层之间的晶格失配产生的应力，能够防止外延片因晶格失配或应力而产生的翘曲。
以上技术方案中虽然改进了氮化物的半导体外延结构，并且提高了耐受电压，但是没有进一步对外延晶体质量问题和耐受电压的改进，从而影响半导体器件的性能。
因此，如何提高外延的晶体质量问题，保障高的耐受电压能力与电子迁移率，并提升半导体器件的性能，是半导体制造技术领域亟需解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种氮化物外延层及其制备方法与功率射频器件，利用在外延层上生长飘移层，调节了在应力调节层与位障层之间因晶格常数失配率与热膨胀系数差异所引起的外延晶体质量问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种氮化物外延层，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底、缓冲层、应力调节层、飘移层和位障层；
所述飘移层包括半导体材料，所述半导体材料包括AlN、GaN、AlGaN或AlInGaN中的任意一种或至少两种的组合；
所述飘移层中Al的含量为1～30wt％，In的含量为0～30wt％。
本发明通过在生长飘移层，所述飘移层中含有半导体材料，使得因差异晶格常数与热膨胀系数不同而产生的螺旋型与刀刃型位错，经由飘移层将其位错缓减与横向传输，使得位错缓减，进而提升了晶体的品质，从而提高了半导体材料的耐电压能力。
AlN、GaN、AlGaN或AlInGaN中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合包括AlN和GaN的组合，GaN和AlGaN的组合，AlGaN和AlInGaN的组合，AlN、GaN和AlGaN的组合，GaN、AlGaN和AlInGaN的组合，或AlN、GaN、AlGaN和AlInGaN的组合。
所述半导体材料的选择主要是起到应力调节作用,改善晶体质量。含铝元素的结构层将使位错横向传输,并达到湮灭，拥有铟元素的氮化镓层则可调节晶格常数,缓解因底部晶格差异大与热膨胀系数差异所可能造成的晶体龟裂。
Al的含量为1～30wt％，例如可以是1wt％、2wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％或30wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
当Al的含量高于30wt％时，由于铝含量过高，将无法预测因受应力调节层所影响，故可能造成张应力过大，而造成晶体层龟裂；当Al的含量低于1wt％时，由于铝元素含量过低，将无法达到压应力状态，最终使晶圆片翘曲过大。
In的含量为0～30wt％，例如可以是1wt％、2wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％或30wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1～30wt％。
当In的含量高于30wt％时，由于过高铟元素含量将使得晶格常数差距过大,飘移层将产生过高位错，从而降低晶体质量；当In的含量低于1wt％时，飘移层将无法调节飘移层应力，最终将使得因衬底与氮化镓层间晶格常数与热膨胀系数差距过大而产生裂化。
本发明中飘移层可以是复合层，每单层的材料可以相同，也可以不用，层数介于1～10层，例如可以是1层、2层、5层、8层或10层，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述飘移层的复合层数越多，其调制应力空间将越大，对于大尺晶圆片外延技术，更容易调制出高质量氮化物外延层。
优选地，所述衬底包括Al2O3、GaN、AlN、Si、α-Ga2O3或SiC中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Al2O3和GaN的组合，GaN和AlN的组合，AlN和Si的组合，Al2O3和α-Ga2O3的组合，AlN和α-Ga2O3的组合，α-Ga2O3和Si的组合，Si和SiC的组合，Al2O3、GaN和AlN的组合，GaN、AlN和Si的组合，AlN、Si和SiC的组合，Al2O3、GaN、AlN和Si的组合，GaN、AlN、Si和SiC的组合，或Al2O3、GaN、AlN、Si和SiC的组合。
优选地，所述缓冲层至少为1层组成，例如可以是1层、2层、4层、5层或10层，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述缓冲层中每层的材料组成包括AlN、InAlN或GaN中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括AlN和InAlN的组合，InAlN和GaN的组合，AlN和GaN的组合，或AlN、InAlN和GaN的组合。
优选地，所述缓冲层中每层的材料还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括碳和铍的组合，铍和镁的组合，镁和铁的组合，碳和镁的组合，碳和铁的组合，铍和铁的组合，碳、铍和镁的组合，铍、镁和铁的组合，或碳、铍、镁和铁的组合。
优选地，所述缓冲层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3，例如可以是1.0×E17atoms/cm3、5.0×E17atoms/cm3、1.0×E18atoms/cm3、5.0×E18atoms/cm3或1.0×E19atoms/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述缓冲层中Al的含量为0.1～50wt％，例如可以是0.1wt％、1wt％、2wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％或50wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述应力调节层至少为1层组成，例如可以是1层、2层、4层、5层或10层，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述应力调节层中每层的材料组成包括AlN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlaGa1-aN或InyAlxGa1-x-yN中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括AlN和GaN的组合，GaN和AlGaN的组合，AlGaN和AlInGaN的组合，AlInGaN和AlaGa1-aN的组合，AlaGa1-aN和InyAlxGa1-x-yN的组合，AlN、GaN和AlGaN的组合，GaN、AlGaN和AlInGaN的组合，AlInGaN、AlaGa1-aN和InyAlxGa1-x-yN的组合，AlN、GaN、AlGaN和AlInGaN的组合，AlGaN、AlInGaN、AlaGa1-aN和InyAlxGa1-x-yN的组合，AlN、GaN、AlGaN、AlInGaN和AlaGa1-aN的组合，GaN、AlGaN、AlInGaN、AlaGa1-aN和InyAlxGa1-x-yN的组合。
其中0＜a＜1，0＜x＜1，0＜y＜1。
0＜x＜1，例如可以是0.01、0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、0.7或0.9，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，其数值范围从下层到上层可从大至小或从小至大，优选为从大至小。
0＜y＜1，例如可以是0.01、0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、0.7或0.9，例如可以是，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，其数值范围从下层到上层可从大至小或从小至大，优选为从小至大。
0＜a＜1，例如可以是0.01、0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、0.7或0.9，例如可以是，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，其数值范围从下层到上层可从大至小或从小至大，优选为从大至小。
优选地，所述应力调节层中每层的材料还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括碳和铍的组合，铍和镁的组合，镁和铁的组合，碳和镁的组合，碳和铁的组合，铍和铁的组合，碳、铍和镁的组合，铍、镁和铁的组合，或碳、铍、镁和铁的组合。
优选地，所述应力调节层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3，例如可以是1.0×E17atoms/cm3、5.0×E17atoms/cm3、1.0×E18atoms/cm3、5.0×E18atoms/cm3或1.0×E19atoms/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述飘移层中还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括碳和铍的组合，铍和镁的组合，镁和铁的组合，碳和镁的组合，碳和铁的组合，铍和铁的组合，碳、铍和镁的组合，铍、镁和铁的组合，或碳、铍、镁和铁的组合。
优选地，所述飘移层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3，例如可以是1.0×E17atoms/cm3、5.0×E17atoms/cm3、1.0×E18atoms/cm3、5.0×E18atoms/cm3或1.0×E19atoms/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述位障层包括AlN和/或AlGaN。
优选地，所述飘移层中的Al的含量小于位障层中Al的含量。
飘移层Al的含量小于位障层Al的含量，主要原因是高铝含量的位障层与飘移层间可形成因压电极化场所产生的三角形位能阱，并形成一高载流子的二维电子气，有效且快速传输载流子。
优选地，所述衬底的厚度为300～1200μm，例如可以是300μm、500μm、700μm、900μm、1000μm或1200μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述缓冲层的厚度为1～500nm，例如可以是1nm、50nm、100nm、300nm或500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述应力调节层的厚度为0.1～50μm，例如可以是0.1μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm或50μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述飘移层的厚度为1～50μm，例如可以是1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述位障层的厚度为0.05～200nm，例如可以是0.05nm、0.1nm、1nm、10nm、100nm、150nm或200nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述氮化物外延层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在衬底的表面生长缓冲层；
(2)在所得缓冲层的表面生长应力调节层；
(3)在所得应力调节层表面生长飘移层；
(4)在所得飘移层表面生长位障层。
优选地，步骤(1)所述生长的温度为500～1100℃，例如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述生长的反应腔压力为20～500torr，例如可以是20torr、50torr、100torr、200torr或500torr，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述生长的温度为500～1100℃，例如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述生长的反应腔压力为20～500torr，例如可以是20torr、50torr、100torr、200torr或500torr，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述生长的TMAl流量为10～250sccm，例如可以是10sccm、50sccm、100sccm、150sccm、200sccm或250sccm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述生长在通入氨气的条件下进行，流量为0.5～50slm，例如可以是0.5slm、1slm、5slm、10slm、25slm或50slm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述生长的温度为500～1100℃，例如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述生长的反应腔压力为20～500torr，例如可以是20torr、50torr、100torr、200torr或500torr，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述生长的TMAl流量为10～300sccm，例如可以是10sccm、50sccm、100sccm、150sccm、200sccm、250sccm或300sccm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述生长在通入氨气的条件下进行，流量为0.5～100slm，例如可以是0.5slm、1slm、5slm、10slm、25slm或50slm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第三方面，本发明提供了一种功率器件，所述功率器件含有如第一方面所述的半导体外延结构。
第四方面，本发明提供了一种射频器件，所述射频器件含有如第一方面所述的半导体外延结构。
由以上技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明通过生长飘移层，所述飘移层中含有半导体材料，并且添加掺杂杂质材料，利用单层或不同材料复合性组合特性,改变单层及层与层之间的张应力与压应力材料,使得因晶格常数和热膨胀系数差异调制出最佳晶体薄膜,从而改善氮化镓的晶体品质；并且也通过不同掺杂杂质对氮化镓的背景电子进行补偿，形成大量深受子，使得器件表现出较低的漏电流，提高了耐电压能力。
附图说明
图1是本发明所述氮化物外延层的结构示意图。
其中，1-衬底，2-缓冲层，3-应力调节层，4-飘移层，5-位障层。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
本实施例提供了一种氮化物外延层(图1)，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底1、缓冲层2、应力调节层3、飘移层4和位障层5。
所述衬底1的材料为Al2O3，厚度为650μm。
所述缓冲层2为由InAlN组成的单层，掺杂材料为铍，掺杂浓度为1.0×E18atoms/cm3，Al的含量为30wt％，厚度为250nm。
所述应力调节层3为由AlInGaN组成的单层，掺杂材料为铁，掺杂浓度为1.0×E18atoms/cm3，厚度为25μm。
所述飘移层4中包括半导体材料GaN和AlGaN，Al的含量为1wt％，In的含量为0wt％。还包括掺杂材料碳，掺杂浓度为1.0×E18atoms/cm3，厚度为3μm。
所述位障层5中包括AlN和AlGaN，Al的含量为25wt％，厚度为100nm。
所述氮化物外延层的制备方法包括如下步骤：
(1)在温度为800℃，反应腔压力为260torr的条件下，在衬底1的表面生长缓冲层2；
(2)在温度为800℃，反应腔压力为260torr，TMAl流量为130sccm的条件下，通入流量为25slm的氨气，在所得缓冲层2的表面生长应力调节层3；
(3)在温度为800℃，反应腔压力为260torr，TMAl流量为150sccm的条件下，TMIn流量为0sccm的条件下，通入流量为50slm的氨气，在所得应力调节层3表面生长飘移层4；
(4)在温度为900℃，反应腔压力为50torr，TMAl流量为300sccm的条件下，TMGa流量为50sccm的条件下通入流量为20slm的氨气，在所得飘移层4表面生长位障层5。
实施例2
本实施例提供了一种氮化物外延层(图1)，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底1、缓冲层2、应力调节层3、飘移层4和位障层5。
所述衬底1的材料为GaN，厚度为400μm。
所述缓冲层2为由AlN和InAlN组成的双层，掺杂材料为镁，掺杂浓度为1.0×E17atoms/cm3，Al的含量为50wt％，厚度为1nm。
所述应力调节层3为由Al0.5Ga0.5N或In0.3Al0.2Ga0.5N组成的双层，掺杂材料为铁，掺杂浓度为1.0×E17atoms/cm3，厚度为0.01μm。
所述飘移层4中包括半导体材料GaN和AlInGaN，Al的含量为1wt％，In的含量为25wt％。还包括掺杂材料碳，掺杂浓度为1.0×E17atoms/cm3，厚度为1μm。
所述位障层5中包括AlN和AlGaN，Al的含量为25wt％，厚度为0.05nm。
所述氮化物外延层的制备方法包括如下步骤：
(1)在温度为500℃，反应腔压力为20torr的条件下，在衬底1的表面生长缓冲层2；
(2)在温度为500℃，反应腔压力为20torr，TMAl流量为10sccm的条件下，通入流量为0.5slm的氨气，在所得缓冲层2的表面生长应力调节层3；
(3)在温度为500℃，反应腔压力为20torr，TMAl流量为10sccm的条件下，TMIn流量为300sccm的条件下，通入流量为0.5slm的氨气，在所得应力调节层3表面生长飘移层4；
(4)在温度为900℃，反应腔压力为50torr，TMAl流量为300sccm的条件下，TMGa流量为50sccm的条件下，在所得飘移层4表面生长位障层5。
实施例3
本实施例提供了一种氮化物外延层(图1)，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底1、缓冲层2、应力调节层3、飘移层4和位障层5。
所述衬底1的材料为α-Ga2O3，厚度为1200μm。
所述缓冲层2为由AlN和GaN组成的双层，掺杂材料为镁，掺杂浓度为1.0×E19atoms/cm3，Al的含量为0.1wt％，厚度为500nm。
所述应力调节层3为由GaN或In0.3Al0.2Ga0.5N组成的双层成周期性排列，周期数为10，掺杂材料为铁，掺杂浓度为1.0×E19atoms/cm3，厚度为50μm。
所述飘移层4中包括半导体材料GaN和AlGaN，Al的含量为15％，In的含量为0wt％。还包括掺杂材料碳，掺杂浓度为1.0×E19atoms/cm3，厚度为50μm。
所述位障层5中包括AlN和AlGaN，Al的含量为25wt％，厚度为200nm。
所述氮化物外延层的制备方法包括如下步骤：
(1)在温度为1100℃，反应腔压力为500torr的条件下，在衬底1的表面生长缓冲层2；
(2)在温度为1100℃，反应腔压力为500torr，TMAl流量为250sccm的条件下，通入流量为50slm的氨气，在所得缓冲层2的表面生长应力调节层3；
(3)在温度为1100℃，反应腔压力为500torr，TMAl流量为300sccm的条件下，TMIn流量为0sccm的条件下，通入流量为50slm的氨气，在所得应力调节层3表面生长飘移层4；
(4)在温度为900℃，反应腔压力为50torr，TMAl流量为300sccm的条件下，TMGa流量为50sccm的条件下，通入流量为20slm的氨气，在所得飘移层4表面生长位障层5。
实施例4
本实施例提供了一种氮化物外延层，除不含有掺杂元素外，其余与实施例1均相同。
实施例5
本实施例提供了一种氮化物外延层，除飘移层中Al的含量小于位障层，其余与实施例1相同。
所述飘移层4中包括半导体材料AlInGaN，Al的含量为15wt％，In的含量为25wt％。还包括掺杂材料碳，掺杂浓度为1.0×E18atoms/cm3，厚度为3μm。
所述位障层5中包括AlGaN和AlN，Al的含量为25wt％，厚度为100nm。
实施例6
本实施例提供了一种氮化物外延层，除缓冲层中Al的含量为55wt％外，其余与实施例1均相同。
实施例7
本实施例提供了一种氮化物外延层，除飘移层的厚度为55μm外，其余与实施例1均相同。
实施例8
本实施例提供了一种氮化物外延层，除飘移层的厚度为500nm外，其余与实施例1均相同。
对比例1
本对比例提供了一种氮化物外延层，除飘移层中Al的含量为40wt％外，其余与实施例1均相同。
对比例2
本对比例提供了一种氮化物外延层，除飘移层中In的含量为40wt％外，其余与实施例1均相同。
从上述氮化物外延层中可以得出如下结论：
(1)由实施例1-3可知，本发明通过生长飘移层，所述飘移层中含有半导体材料，并且添加掺杂材料，利用改变应力调节层不同生长方式使得因晶格常数差异和热膨胀系数不同，从而改善了氮化镓的晶体品质；通过不同掺杂杂质对氮化镓的背景电子进行补偿，形成大量深受子，使得器件表现出较低的漏电流，提高了耐电压能力。
(2)由实施例4与实施例1的比较可知，当不进行掺杂时，所得氮化物外延层的耐受电压、电子迁移率、晶体品质可能变差。
(3)由实施例5与实施例1的比较可知，当飘移层中Al含量大于位障层时时，所得氮化物外延层的耐受电压降低，电子迁移率降低，晶体品质差。
(4)由实施例6、7与实施例1的比较可知，当缓冲层中Al的含量不在0.1-50wt％的范围内时，所得氮化物外延层的耐受电压降低，电子迁移率降低，晶体品质差。
(5)由实施例7、8与实施例1的比较可知，当飘移层的厚度不在本发明提供的1-50μm范围内时，所得氮化物外延层的耐受电压降低，电子迁移率降低，晶体品质差。
(6)由对比例1、2和实施例1的比较可知，当飘移层中Al和In的含量不在本发明提供的范围内时，所得氮化物外延层的耐受电压降低，电子迁移率降低，晶体品质差。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种氮化物外延层，其特征在于，所述氮化物外延层包括层叠设置的衬底、缓冲层、应力调节层、飘移层和位障层；
所述飘移层包括半导体材料，所述半导体材料包括AlN、GaN、AlGaN或AlInGaN中的任意一种或者至少两种的组合；
所述飘移层中Al的含量为1～30wt％，In的含量为0～30wt％。
2.根据权利要求1所述的氮化物外延层，其特征在于，所述衬底包括Al2O3、GaN、AlN、Si、α-Ga2O3或SiC中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述缓冲层至少为1层组成；
优选地，所述缓冲层中每层的材料组成包括AlN、InAlN或GaN中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述缓冲层中每层的材料还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述缓冲层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3；
优选地，所述缓冲层中Al的含量为0.1～50wt％。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物外延层，其特征在于，所述应力调节层至少为1层组成；
优选地，所述应力调节层中每层的材料组成包括AlN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlaGa1-aN或InyAlxGa1-x-yN中的任意一种或至少两种的组合，其中0＜a＜1，0＜x＜1，0＜y＜1；
优选地，所述应力调节层中每层的材料还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述应力调节层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的氮化物外延层，其特征在于，所述飘移层中还包括掺杂材料，所述掺杂材料包括碳、铍、镁或铁总的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述飘移层中掺杂材料的浓度为1.0E17atoms/cm3～1.0E19atoms/cm3；
优选地，所述位障层包括AlN和/或AlGaN；
优选地，所述飘移层中的Al的含量小于位障层中Al的含量。
5.根据权利要求1-4任一项所述的氮化物外延层，其特征在于，所述衬底的厚度为300～1200μm；
优选地，所述缓冲层的厚度为1～500nm；
优选地，所述应力调节层的厚度为0.1～50μm；
优选地，所述飘移层的厚度为1～50μm；
优选地，所述位障层的厚度为0.05～200nm。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述氮化物外延层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在衬底的表面生长缓冲层；
(2)在所得缓冲层的表面生长应力调节层；
(3)在所得应力调节层表面生长飘移层；
(4)在所得飘移层表面生长位障层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述生长的温度为500～1100℃；
优选地，步骤(1)所述生长的反应腔压力为20～500torr；
优选地，步骤(2)所述生长的温度为500～1100℃；
优选地，步骤(2)所述生长的反应腔压力为20～500torr；
优选地，步骤(2)所述生长的TMAl流量为10～250sccm；
优选地，步骤(2)所述生长在通入氨气的条件下进行，流量为0.5～50slm。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述生长的温度为500～1100℃；
优选地，步骤(3)所述生长的反应腔压力为20～500torr；
优选地，步骤(3)所述生长的TMAl流量为10～300sccm；
优选地，步骤(3)所述生长在通入氨气的条件下进行，流量为0.5～100slm。
9.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件含有如权利要求1-5任一项所述的半导体外延结构。
10.一种射频器件，其特征在于，所述射频器件含有如权利要求1-5任一项所述的半导体外延结构。
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