TWI668861B - 磊晶結構 - Google Patents

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Abstract

一種磊晶結構，包括：基板、緩衝層、通道層、中間層以及阻障層。緩衝層設置於基板上，通道層設置於緩衝層上，阻障層設置於通道層上，中間層則介於通道層與阻障層之間。所述阻障層的化學組成為Al x1In y1Ga z1N，所述中間層的化學組成為Al x2In y2Ga z2N。阻障層的晶格常數大於中間層的晶格常數。所述中間層中至少一部分的所述鋁含量大於所述阻障層的鋁含量。

Description

磊晶結構
本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種磊晶結構。
由於半導體磊晶具有純度高、厚度控制性佳等優點，因此目前已經廣泛應用於射頻（RF）元件或功率元件中。
一般的RF元件由通道層（如GaN）與阻障層（如AlGaN）所構成的磊晶結構，因為載子侷限能力有限，因此極化效應所產生的二維電子氣（2DEG）濃度也較低。
因此目前有在阻障層中添加銦（In）來改善上述問題的做法。然而，阻障層中含銦卻使得介面粗糙度增加，導致介面粗糙度與XRD繞射峰之半高寬與強度相對較差，且有電子遷移率不佳的情形，造成元件電性劣化的現象產生。
本發明提供一種磊晶結構，可改善磊晶結構的二維電子氣特性，進而增加元件操作特性。
本發明的磊晶結構包括基板、緩衝層、通道層、中間層以及阻障層。緩衝層設置於基板上，通道層設置於緩衝層上，阻障層設置於通道層上，中間層則介於通道層與阻障層之間。所述阻障層的化學組成為Al x1In y1Ga z1N，所述中間層的化學組成為Al x2In y2Ga z2N。阻障層的晶格常數大於中間層的晶格常數。上述中間層中至少有一部分的鋁含量大於阻障層的鋁含量。
在本發明的一實施例中，上述阻障層的鋁含量為固定值，例如10%~30%。
在本發明的一實施例中，上述阻障層的鋁含量可沿磊晶結構的成長方向線性減少。
在本發明的一實施例中，上述阻障層的鋁含量之起始含量為10%~50%、結束含量為0%~20%以及漸變斜率為-1%/nm~-20%/nm。
在本發明的一實施例中，上述中間層的鋁含量為固定值，例如大於30%。
在本發明的一實施例中，上述中間層的鋁含量沿磊晶結構的成長方向線性減少，其中中間層的鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為10%~50%以及漸變斜率為-10%/nm~-50%/nm。
在本發明的一實施例中，上述中間層的鋁含量沿磊晶結構的成長方向線性增加，其中中間層的鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及漸變斜率為10%/nm~50%/nm。
在本發明的一實施例中，上述中間層的鋁含量沿磊晶結構的成長方向步階式增加，其中中間層的鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及步階斜率為10%~50%/迴路(loop)。
在本發明的一實施例中，上述中間層的鋁含量沿磊晶結構的成長方向步階式降低，其中中間層的鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%以及步階斜率為-10%~-50%/loop。
在本發明的一實施例中，沿上述磊晶結構的成長方向，中間層的鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且固定區的鋁含量為固定值，漸變區的鋁含量是線性增加。上述中間層的鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%、上述漸變區的鋁含量之漸變斜率為10%/nm~50%/nm以及上述固定區的步階斜率為10%~50%/loop。
在本發明的一實施例中，沿上述磊晶結構的成長方向，中間層的鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且固定區的鋁含量為固定值，漸變區的鋁含量是線性減少。上述中間層的鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%、上述漸變區的鋁含量之漸變斜率為-10%/nm~-50%/nm以及上述固定區的步階斜率為-10%~-50%/loop。
在本發明的一實施例中，沿上述磊晶結構的成長方向，中間層的鋁含量是由多個固定區所構成，且相鄰的固定區的鋁含量為不同的固定值，其中固定區中的鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，且上述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop。
在本發明的一實施例中，沿上述磊晶結構的成長方向，中間層的鋁含量是由多個固定區與多個漸變區所構成，各漸變區介於兩個固定區之間，且各漸變區相鄰的兩個固定區的鋁含量為不同的固定值。上述固定區中的鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，上述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop，且上述漸變區的漸變斜率為10%/nm~50%/nm與-10%/nm~-50%/nm。
在本發明的一實施例中，上述磊晶結構還可包括成核層，設置於所述基板與所述緩衝層之間。
在本發明的一實施例中，上述中間層與上述阻障層接觸的表面的粗糙度(rms)小於5nm。
基於上述，本發明藉由設置於通道層與阻障層之間具有特定鋁含量變化之中間層，來增加電子遷移率，並通過增加載子侷限能力來改善2DEG特性，也能改善磊晶結構的介面品質與表面粗糙度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下文列舉一些實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。
圖1是依照本發明的一實施例的一種磊晶結構的剖面示意圖。
請參照圖1，本實施例的磊晶結構包括基板100、緩衝層102、通道層104、中間層106以及阻障層108。緩衝層102設置於基板100上，通道層104設置於緩衝層102上，阻障層108設置於通道層104上，中間層106則介於通道層104與阻障層108之間。阻障層108的化學組成為Al x1In y1Ga z1N，其中x1+y1+z1=1，0≦x1≦0.3，且0.3≦y1≦0.7。中間層106的化學組成為Al x2In y2Ga z2N，其中x2+y2+z2=1，0.5≦x2≦1，且0≦y2≦0.5。x1和x2表示Al(鋁)含量，y1和y2表示In(銦)含量，z1和z2表示Ga(鎵)含量。阻障層108的晶格常數大於中間層106的晶格常數。本實施例的中間層106中至少有一部分的鋁含量會大於阻障層108的鋁含量；譬如中間層106整層的鋁含量都大於阻障層108的鋁含量，但本發明並不限於此。關於中間層106的鋁含量變化將於下文詳述。
請繼續參照圖1，基板100的材料例如Si、Al 2O 3、SiC、GaAs、SOI基板或其他適合的材料。緩衝層102的材料例如氮化鋁(AlN)等。緩衝層102的厚度通常大於500nm。通道層104的材料例如氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鋁鎵銦(AlGnInN)等。在本實施例中，阻障層108的帶隙能小於中間層106的帶隙能。另外，為了減少磊晶結構的應力、調整磊晶生長後的磊晶結構的翹曲度等，可在基板100與緩衝層102之間加設一成核層110，其材料例如AlInN等。在本實施例中，中間層106與阻障層108接觸的表面106a的粗糙度(rms)小於5nm；小於2nm較佳。中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm。
本實施例藉由設置中間層106，可藉由其中特定鋁含量變化並搭配鋁含量較低的阻障層108，來增加電子遷移率，並通過增加載子侷限能力來改善2DEG特性，還可改善磊晶結構的介面品質與表面粗糙度。
圖2至圖17B是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的各種鋁含量變化示意圖，其中顯示通道層104、中間層106與阻障層108的鋁含量沿成長方向的變化，且圖中的通道層104是以不含鋁的氮化鎵(GaN)為例。
在圖2中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量也是固定值(例如大於30%)，且中間層106整層的鋁含量都大於阻障層108的鋁含量。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。阻障層108的晶格常數(lattice constant)大於中間層106的晶格常數。
在圖3中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則沿成長方向線性減少。中間層106的鋁含量之起始含量例如50%~100%，較佳為80~100%、結束含量例如10%~50%，較佳為20~30%。然而，本發明並不限於此。中間層106結束含量也可略低於阻障層108的鋁含量。此外，中間層106的鋁含量之漸變斜率例如-10%/nm~-50%/nm，較佳為-30%/nm~-50%/nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖4中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則沿成長方向線性增加。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為0%~30%、結束含量例如50%~100%，較佳為80%~100%。至於中間層106的鋁含量之漸變斜率例如10%/nm~50%/nm，較佳為30%/nm~50%/nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖5中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則沿成長方向步階式增加。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為0%~30%、結束含量例如50%~100%，較佳為70%~100%。所述的「步階式增加」是指鋁含量沿著成長方向逐步增加，例如圖5有三個步階式區段，每個步階式區段內的鋁含量不變，且步階數量可為2~10以及步階斜率可為10%~50%/迴路(loop)，較佳為30%~50%/loop。在本文中，用語「迴路」代表的是具有不同固定高低含量的方式推疊，在本發明中是代表整層中間層106的鋁含量變化。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖6中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則沿成長方向步階式降低。中間層106的鋁含量之起始含量例如50%~100%，較佳為70%~100%、結束含量例如0%~50%，較佳為20%~50%。所述的「步階式降低」是指鋁含量沿著成長方向逐步降低，例如圖6有三個步階式區段，每個步階式區段內的鋁含量不變，且步階數量可為2~10以及步階斜率可為-10%~-50%/loop，較佳為-30%~-50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖7中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性增加。以圖7為例，中間層106包含3個固定區與3個漸變區，且固定區與漸變區是互相交替的。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為0%~30%、結束含量例如50%~100%，較佳為70%~100%。中間層106的漸變區的鋁含量之漸變斜率例如10%/nm~50%/nm，較佳為30%/nm~50%/nm。中間層106的固定區的步階數量可為1~10以及步階斜率可為10%~50%/loop，較佳為30%~50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖8中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性減少。以圖8為例，中間層106包含3個固定區與2個漸變區，且固定區與漸變區是互相交替的。中間層106的鋁含量之起始含量例如50%~100%，較佳為70%~100%、結束含量例如0%~50%，較佳為20%~50%。中間層106的漸變區的鋁含量之漸變斜率例如-10%/nm~-50%/nm，較佳為-30%/nm~-50%/nm。中間層106的固定區的步階數量可為1~10以及步階斜率可為-10%~-50%/loop，較佳為-30%~-50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖9A與圖9B中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量則由數個固定區所構成，且相鄰的固定區的鋁含量為不同的固定值。以圖9A為例，中間層106的鋁含量是由兩個較高的固定區與中間的一個較低的固定區所構成；以圖9B為例，中間層106的鋁含量是由兩個較低的固定區與中間的一個較高的固定區所構成。其中，中間層106的鋁含量之較低值例如0%~50%，較佳為20%~50%、鋁含量之較高值例如50%~100%，較佳為70%~100%。圖9A與圖9B中的固定區的步階數量可為1~10且步階斜率是±10%~±50%/loop，較佳為±30%~±50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖10A與圖10B中，阻障層108的鋁含量為固定值(例如10%~30%)，中間層106的鋁含量是由數個固定區與數個漸變區所構成，每個漸變區介於兩個固定區之間，且每個漸變區相鄰的兩個固定區的鋁含量為不同的固定值。以圖10A為例，中間層106的鋁含量是由兩個較高的固定區、一個較低的固定區以及介於高低不同的固定區之間的兩個漸變區所構成。以圖10B為例，中間層106的鋁含量是由兩個較低的固定區、一個較高的固定區以及介於高低不同的固定區之間的兩個漸變區所構成。其中，中間層106的鋁含量之較低值例如0%~50%，較佳為20%~50%、鋁含量之較高值例如50%~100%，較佳為70%~100%。圖10A與圖10B中的固定區的步階數量可為1~10且步階斜率是±10%~±50%/loop，較佳為±30%~±50%/loop。圖10A與圖10B中的漸變區的漸變斜率例如10%/nm~50%/nm與-10%/nm~-50%/nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖11中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-20%/nm，較佳為-1%/nm~-10%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為20%~50%、結束含量例如0%~20%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則沿成長方向線性增加。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為30%~50%、結束含量例如50%~100%，較佳為70%~100%。至於中間層106的鋁含量之漸變斜率例如10%/nm~50%/nm，較佳為20%/nm~50%/nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖12中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-20%/nm，較佳為-1%/nm~-10%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~20%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則沿成長方向步階式增加。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為10%~50%、結束含量例如50%~100%，較佳為70%~100%。以圖12為例，其中的中間層106的鋁含量有三個步階式區段，每個步階式區段內的鋁含量不變，且步階數量可為2~10以及步階斜率可為10%~50%/loop，較佳為20%~50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖13中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-20%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~20%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則沿成長方向步階式減少。中間層106的鋁含量之起始含量例如50%~100%，較佳為70%~100%、結束含量例如0%~50%，較佳為20%~50%。以圖13為例，其中的中間層106的鋁含量有三個步階式區段，每個步階式區段內的鋁含量不變，且步階數量可為2~10以及步階斜率可為-10%~-50%/loop，較佳為-20%~-50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖14中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-20%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~30%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性增加。以圖14為例，中間層106包含3個固定區與3個漸變區，且固定區與漸變區是互相交替的。中間層106的鋁含量之起始含量例如0%~50%，較佳為0%~30%、結束含量例如50%~100%，較佳為70%~100%。中間層106的漸變區的鋁含量之漸變斜率例如10%/nm~50%/nm，較佳為20%/nm~50%/nm。中間層106的固定區的步階數量可為1~10以及步階斜率可為10%~50%/loop，較佳為20%~50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖15中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-20%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~30%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性減少。以圖15為例，中間層106包含3個固定區與2個漸變區，且固定區與漸變區是互相交替的。中間層106的鋁含量之起始含量例如50%~100%，較佳70%~100%、結束含量例如0%~50%，較佳為0%~30%。中間層106的漸變區的鋁含量之漸變斜率例如-10%/nm~-50%/nm，較佳為-10%/nm~-30%/nm。中間層106的固定區的步階數量可為1~10以及步階斜率可為-10%~-50%/loop，較佳為-10%~-30%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。而且，在一實施例中，若是中間層106的鋁含量之結束含量即為阻障層108的鋁含量起始含量，使得中間層106與阻障層108的界面之鋁含量呈現如圖15所示的連續變化，則可降低缺陷密度，不但能改善磊晶材料品質與界面平整度，同時也能得到更優異的載子侷限能力。
在圖16A與圖16B中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-30%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~30%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量則由數個固定區所構成，且相鄰的固定區的鋁含量為不同的固定值。以圖16A為例，中間層106的鋁含量是由兩個較高的固定區與中間的一個較低的固定區所構成；以圖16B為例，中間層106的鋁含量是由兩個較低的固定區與中間的一個較高的固定區所構成。其中，中間層106的鋁含量之較低值例如0%~50%，較佳為2%~50%、鋁含量之較高值例如50%~100%，較佳為70%~100%。圖16A與圖16B中的固定區的步階數量為1~10且步階斜率可為±10%~±50%/loop，較佳為±20%~±50%/loop。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
在圖17A與圖17B中，阻障層108的鋁含量沿成長方向線性減少，且阻障層108的的鋁含量之漸變斜率例如-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-20%/nm。阻障層108的鋁含量之起始含量例如10%~50%，較佳為10%~30%、結束含量例如0%~30%，較佳為0%~10%。中間層106的鋁含量是由數個固定區與數個漸變區所構成，每個漸變區介於兩個固定區之間，且每個漸變區相鄰的兩個固定區的鋁含量為不同的固定值。以圖17A為例，中間層106的鋁含量是由兩個較高的固定區、一個較低的固定區以及介於高低不同的固定區之間的兩個漸變區所構成。以圖17B為例，中間層106的鋁含量是由兩個較低的固定區、一個較高的固定區以及介於高低不同的固定區之間的兩個漸變區所構成。其中，中間層106的鋁含量之較低值例如0%~50%，較佳為0%~30%、鋁含量之較高值例如50%~100%，較佳為70%~100%。圖107與圖17B中的固定區的步階數量為1~10且步階斜率可為±10%~±50%/loop，較佳為±10%~±30%/loop。圖17A與圖17B中的漸變區的漸變斜率例如10%/nm~50%/nm與-10%/nm~-50%/nm。阻障層108的厚度例如1 nm~50 nm，較佳為1 nm~30 nm；且中間層106的厚度例如1 nm~20 nm，較佳為1 nm~10 nm。
綜上所述，本發明藉由設置於通道層與阻障層之間的中間層，使其具有特定鋁含量變化，如界面間有連續變化之鋁含量，以增加電子遷移率，並且增加載子侷限能力，進而改善2DEG特性，同時還能改善磊晶結構的介面品質與表面粗糙度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
102‧‧‧緩衝層
104‧‧‧通道層
106‧‧‧中間層
106a‧‧‧表面
108‧‧‧阻障層
110‧‧‧成核層
圖1是依照本發明的一實施例的一種磊晶結構的剖面示意圖。 圖2是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第一種鋁含量變化示意圖。 圖3是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第二種鋁含量變化示意圖。 圖4是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第三種鋁含量變化示意圖。 圖5是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第四種鋁含量變化示意圖。 圖6是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第五種鋁含量變化示意圖。 圖7是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第六種鋁含量變化示意圖。 圖8是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第七種鋁含量變化示意圖。 圖9A是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第八種鋁含量變化示意圖。 圖9B是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第九種鋁含量變化示意圖。 圖10A是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十種鋁含量變化示意圖。 圖10B是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十一種鋁含量變化示意圖。 圖11是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十二種鋁含量變化示意圖。 圖12是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十三種鋁含量變化示意圖。 圖13是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十四種鋁含量變化示意圖。 圖14是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十五種鋁含量變化示意圖。 圖15是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十六種鋁含量變化示意圖。 圖16A是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十七種鋁含量變化示意圖。 圖16B是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十八種鋁含量變化示意圖。 圖17A是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第十九種鋁含量變化示意圖。 圖17B是上述實施例的部分磊晶結構沿成長方向的第二十種鋁含量變化示意圖。

Claims (20)

  1. 一種磊晶結構，包括：基板；緩衝層，設置於所述基板上；通道層，設置於所述緩衝層上；阻障層，設置於所述通道層上，所述阻障層的化學組成為Alx1Iny1Gaz1N，其中x1+y1+z1=1，0≦x1≦0.3，且0.3≦y1≦0.7；以及中間層，則介於所述通道層與所述阻障層之間，所述中間層的化學組成為Alx2Iny2Gaz2N，其中x2+y2+z2=1，0.5≦x2≦1，且0≦y2≦0.5，其中所述中間層中至少一部分的所述鋁含量大於所述阻障層的鋁含量，所述中間層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向變化，且所述阻障層的晶格常數大於所述中間層的晶格常數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述阻障層的所述鋁含量為固定值，其中所述阻障層的所述鋁含量為10%~30%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向線性減少，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為10%~50%以及漸變斜率為-10%/nm~-50%/nm。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向線性增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及漸變斜率為10%/nm~50%/nm。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向步階式增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及步階斜率為10%~50%/迴路(loop)。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向步階式降低，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%以及步階斜率為-10%~-50%/loop。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中沿所述磊晶結構的成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%、所述漸變區的鋁含量之漸變斜率為10%/nm~50%/nm以及所述固定區的步階斜率為10%~50%/loop。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中沿所述磊晶結構的成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性減少，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%、所述漸變區的鋁含量之漸變斜率為-10%/nm~-50%/nm以及所述固定區的步階斜率為-10%~-50%/loop。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中沿所述磊晶結構的成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由多數個固定區所構成，且相鄰的所述固定區的鋁含量為不同的固定值，其中所述固定區中的所述鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，且所述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的磊晶結構，其中沿所述磊晶結構的成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由多數個固定區與多數個漸變區所構成，各個所述漸變區介於兩個所述固定區之間，且各個所述漸變區相鄰的兩個所述固定區的鋁含量為不同的固定值，其中所述固定區中的所述鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，所述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop，且所述漸變區的漸變斜率為10%/nm~50%/nm與-10%/nm~-50%/nm。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述阻障層的所述鋁含量沿所述磊晶結構的成長方向線性減少，其中所述阻障層的所述鋁含量之起始含量為10%~50%、結束含量為0%~20%以及漸變斜率為-1%/nm~-20%/nm。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述成長方向線性增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及漸變斜率為10%/nm~50%/nm。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述成長方向步階式增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%以及步階斜率為10%~50%/loop。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中所述中間層的所述鋁含量沿所述成長方向步階式減少，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%以及步階斜率為-10%~-50%/loop。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中沿所述成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性增加，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為0%~50%、結束含量為50%~100%、所述漸變區的鋁含量之漸變斜率為10%/nm~50%/nm以及所述固定區的步階斜率為10%~50%/loop。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中沿所述成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由交替的固定區與漸變區所構成，且所述固定區的鋁含量為固定值，所述漸變區的鋁含量是線性降低，其中所述中間層的所述鋁含量之起始含量為50%~100%、結束含量為0%~50%、所述漸變區的鋁含量之漸變斜率為-10%/nm~-50%/nm以及所述固定區的步階斜率為-10%~-50%/loop。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中沿所述成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由多數個固定區所構成，且相鄰的所述固定區的鋁含量為不同的固定值，其中所述固定區中的所述鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，且所述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的磊晶結構，其中沿所述成長方向，所述中間層的所述鋁含量是由多數個固定區與多數個漸變區所構成，各個所述漸變區介於兩個所述固定區之間，且各個所述漸變區相鄰的兩個所述固定區的鋁含量為不同的固定值，其中所述固定區中的所述鋁含量之低者為0%~50%、高者為50%~100%，所述固定區的步階斜率是±10%~±50%/loop，且所述漸變區的漸變斜率為10%/nm~50%/nm與-10%/nm~-50%/nm。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述中間層與所述阻障層接觸的表面的粗糙度(rms)小於5nm。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，更包括成核層，設置於所述基板與所述緩衝層之間。
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