CN215911396U - 一种提升晶体质量的外延结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种提升晶体质量的外延结构，包括依次排列的衬底层、2D层及氮化镓层；所述衬底层及所述2D层之间向着所述2D层的方向依次设置有所述高温缓冲层和所述低温低速3D层；在衬底层上直接设置高温缓冲层，高温缓冲层的晶体结构更加规律，且在高温缓冲层上生长低温低速3D层和2D层，低温低速3D层相较于传统3D层缺陷更少，保证在其基础上生长的2D层的晶体质量。

Description

一种提升晶体质量的外延结构

技术领域

本实用新型芯片制造涉及领域，尤其涉及一种提升晶体质量的外延结构。

背景技术

外延简称EPI，原意是“在……之上排列”。它是指在具有一定结晶取向的原有晶体(衬底)上延伸出按一定晶体学方向生长薄膜的方法，这个薄膜被称为外延层。金属有机化学气相沉积(MOCVD)是一种在基板上成长半导体薄膜的方法，MOCVD成长薄膜时，主要将载流气体通过有机金属反应源的容器，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。要想形成晶体质量较好的薄膜，首要条件是底层结晶的质量要足够好。

GaN薄膜在异质衬底上生长时,由于两种材料之间晶格失配，一般会先生长很薄的一层GaN缓冲层，即buffer层，然后再生长3D层，即在高温高压高转速条件下，通入TMGa(三甲基镓)，使晶核按岛状生长。现在常见的结构为低温buffer+高温高速3D层，此结构易形成缺陷，导致在高温高速3D层上的结晶质量差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种提升晶体质量的外延结构，提升结晶时的晶体质量。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种提升晶体质量的外延结构，包括依次排列的衬底层、2D层及氮化镓层；

所述衬底层及所述2D层之间向着所述2D层的方向依次设置有所述高温缓冲层和所述低温低速3D层。

进一步地，所述氮化镓层远离所述2D层的一侧还包括依次排列的多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层。

进一步地，所述氮化镓层为非掺杂氮化镓。

进一步地，所述低温低速3D层包括由靠近所述衬底层至远离所述衬底层方向排列的氮化镓。

进一步地所述2D层包括沿所述高温缓冲层与所述2D层的交接面排布的氮化镓。

进一步地，所述高温缓冲层的厚度为35纳米，所述低温低速3D层的厚度为2500纳米，所述2D层的厚度为1500纳米，所述氮化镓层的厚度为2000纳米。

进一步地，所述多层量子阱层的厚度为350纳米，所述P型氮化镓层的厚度为350纳米。

本实用新型的有益效果在于：在衬底层上直接设置高温缓冲层，高温缓冲层的晶体结构更加规律，且在高温缓冲层上生长低温低速3D层和2D层，低温低速3D层相较于传统3D层缺陷更少，保证在其基础上生长的2D层的晶体质量，并且能够提高其上所生长的氮化镓层的质量，从而实现了底层晶体质量的提高，保证了在该底层结构上生长的氮化镓层的结晶质量，最终实现了外延片的质量提升。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种提升晶体质量的外延结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种高温缓冲层和低温缓冲层结构对比示意图；

图3为本实用新型实施例的一种低温低速3D层和2D层的结构示意图；

图4为一种现有技术中的外延结构示意图；

标号说明：

1、衬底层；2、高温缓冲层；3、低温低速3D层；4、2D层；5、nGaN层；6、多层量子阱(MQW)层；7、P型氮化镓层；8、欧姆接触层。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种提升晶体质量的外延结构，包括依次排列的衬底层、2D层及氮化镓层；

所述衬底层及所述2D层之间向着所述2D层的方向依次设置有所述高温缓冲层和所述低温低速3D层。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：在衬底层上直接设置高温缓冲层，高温缓冲层的晶体结构更加规律，且在高温缓冲层上生长低温低速3D层和2D层，低温低速3D层相较于传统3D层缺陷更少，保证在其基础上生长的2D层的晶体质量，并且能够提高其上所生长的氮化镓层的质量，从而实现了底层晶体质量的提高，保证了在该底层结构上生长的氮化镓层的结晶质量，最终实现了外延片的质量提升。

进一步地，所述氮化镓层远离所述2D层的一侧还包括依次排列的多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层。

由上述描述可知，设置多层量子阱、P型氮化镓层及欧姆接触层，使得LED芯片外延结构能够正常发光，且欧姆接触层在与金属接触时的接触电阻较小，利于电流的传送。

进一步地，所述氮化镓层为非掺杂氮化镓。

由上述描述可知，非掺杂的氮化镓纯度较高，进一步保证了晶体的质量。

进一步地，所述低温低速3D层包括由靠近所述衬底层至远离所述衬底层方向排列的氮化镓。

由上述描述可知，设置低温低速3D层，及在低温的情况下生长出的3D层，使得能够以一种偏2D的方生长3D层，减少了3D层在生长过程中可能产生的缺陷，从而提升了外延片的质量。

进一步地，所述2D层包括沿所述高温缓冲层与所述2D层的交接面排布的氮化镓。

由上述描述可知，先生长3D层之后再生长2D层，保证了进行结晶时的质量。

进一步地，所述高温缓冲层的厚度为35纳米，所述低温低速3D层的厚度为2500纳米，所述2D层的厚度为1500纳米，所述氮化镓层的厚度为2000纳米。

进一步地，所述多层量子阱层的厚度为350纳米，所述P型氮化镓层的厚度为350纳米。

由上述描述可知，合理设置各个层的厚度，使得在保证外延层结构质量的同时避免了外延层的厚度过厚影响发光效果。

请参照图1-图3，本实用新型的实施例一为：

一种提升晶体质量的外延结构，包括依次排列的衬底层、2D层及氮化镓层；

所述衬底层及所述2D层之间向着所述2D层的方向依次设置有所述高温缓冲层和所述低温低速3D层；

所述氮化镓层远离所述2D层的一侧还包括依次排列的多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层；

在一种可选的实施方式中，衬底层为蓝宝石(Al₂O₃)、硅(Si)或硅化物；硅化物如碳化硅(SiC)；

在一种可选的实施方式中，在MOCVD反应腔中的高温条件下镀一层GaN缓冲层(高温缓冲层)，并在高温缓冲层上以低温低速生长低温低速3D层，在低温低速3D层上生长2D层；

其中，氮化镓层为非掺杂氮化镓；低温低速3D层包括沿远离衬底层方向生长的氮化镓；2D层包括沿所述高温缓冲层与所述2D层的交接面生长的氮化镓；

在一种可选的实施方式中，所述高温缓冲层的厚度为35纳米，所述所述高温缓冲层的厚度范围为20纳米-40纳米，所述低温低速3D层的厚度范围为1000纳米-3000纳米，所述2D层的厚度范围为500纳米-2000纳米，所述氮化镓层的厚度范围为1000纳米-3000纳米；所述多层量子阱层的厚度范围为50纳米-600纳米，所述P型氮化镓层的厚度范围为50纳米-600纳米。

综上所述，本实用新型提供的一种提升晶体质量的外延结构，设置高温缓冲层，高温能够烤去缓冲层中结晶质量不佳的部分，使得缓冲层的晶核结晶质量提升，结合设置的低温低速的3D层，与传统3D层相比缺陷减少，二者结合增强了外延片底层的结晶质量，降低了晶格不匹配对结晶质量的影响，最终提升了外延片的总体质量，提高了外延片的收益。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，包括依次排列的衬底层、2D层及氮化镓层；

所述衬底层及所述2D层之间向着所述2D层的方向依次设置有所述高温缓冲层和所述低温低速3D层。

2.根据权利要求1所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述氮化镓层远离所述2D层的一侧还包括依次排列的多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层。

3.根据权利要求1所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述氮化镓层为非掺杂氮化镓。

4.根据权利要求1所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述低温低速3D层包括由靠近所述衬底层至远离所述衬底层方向排列的氮化镓。

5.根据权利要求1所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述2D层包括沿所述高温缓冲层与所述2D层的交接面排布的氮化镓。

6.根据权利要求1所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述高温缓冲层的厚度范围为20纳米-40纳米，所述低温低速3D层的厚度范围为1000纳米-3000纳米，所述2D层的厚度范围为500纳米-2000纳米，所述氮化镓层的厚度范围为1000纳米-3000纳米。

7.根据权利要求2所述的一种提升晶体质量的外延结构，其特征在于，所述多层量子阱层的厚度范围为50纳米-600纳米，所述P型氮化镓层的厚度范围为50纳米-600纳米。

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