TWI701717B - 磊晶結構 - Google Patents

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Abstract

一種磊晶結構，包括：基板、緩衝層、背擴散阻擋阻障層、通道層以及阻障層。緩衝層形成於基板上。背擴散阻擋阻障層形成於緩衝層上，背擴散阻擋阻障層的化學組成為Al xIn yGa 1-x-yN，其中0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176，背擴散阻擋阻障層的晶格常數在2.9Å~3.5 Å之間。背擴散阻擋阻障層於厚度方向上由多個區域組成，且背擴散阻擋阻障層的鋁含量與銦含量沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。背擴散阻擋阻障層還包括碳，且碳濃度沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。通道層形成於背擴散阻擋阻障層上。阻障層形成於通道層上。

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。
由於氮化鎵(GaN)具有較高之頻率與輸出功率等優點，因此目前已經廣泛應用於半導體磊晶製程中，且適合應用於5G基站上。
然而，使用氮化鎵材料的傳統擴散阻擋層雖可有效降低雜質擴散至通道層，但此方法並無法改善二維電子氣(2DEG)溢流至緩衝層(buffer layer)，進而易影響元件特性。
另外，傳統結構為了改善載子侷限能力，通常會形成一層作為阻障層(barrier layer)的氮化鎵鋁(AlGaN)層，來預防載子往緩衝層移動，而可改善直流(DC)與漏電流特性。但由於晶格常數差異，容易導致後續形成作為通道層的氮化鎵層的品質劣化。再者，所述阻障層無法有效防止鐵擴散至通道層，進而影響元件特性。
本發明提供一種磊晶結構，可改善磊晶結構的晶格匹配性，而可降低介面缺陷，且同時具有擴散阻擋作用與改善載子侷限能力，進而增加元件特性。
本發明的磊晶結構包括基板、緩衝層、背擴散阻擋阻障層、通道層以及阻障層。緩衝層形成於基板上，背擴散阻擋阻障層形成於緩衝層上，通道層形成於背擴散阻擋阻障層上，阻障層則形成於通道層上。所述背擴散阻擋阻障層的化學組成為Al xIn yGa 1-x-yN，其中0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176；晶格常數在2.9 Å~3.5 Å之間，其中背擴散阻擋阻障層於厚度方向上由多個區域組成；且鋁含量與銦含量沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化；背擴散阻擋阻障層還包括碳，且碳濃度沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層中的鋁含量沿厚度方向為步階式增加，銦含量沿厚度方向為步階式增加，且鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階；鋁含量的起始值為0~50%，鋁含量的結束值為50~100%，銦含量的起始值為0~50%，銦含量的結束值為5~50%；背擴散阻擋阻障層的能隙(energy gap，Eg)沿厚度方向從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階式增加；背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階式增加，其起始值為1E16 cm -3~1E18 cm -3、結束值為1E17 cm -3~1E19 cm -3。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層中的鋁含量沿厚度方向為步階式降低，銦含量沿厚度方向為步階式降低，且鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階；鋁含量的起始值為50~100%，鋁含量的結束值為0~50%，銦含量的起始值為5~50%，銦含量的結束值為0~50%；背擴散阻擋阻障層的能隙沿厚度方向從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階式降低；背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階式降低，其起始值為1E17 cm -3~1E19 cm -3、結束值為1E16 cm -3~1E18 cm -3。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層中的鋁含量沿厚度方向為步階漸變式增加，銦含量沿厚度方向為步階漸變式增加，且鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階，鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm；鋁含量的起始值為0~50%，鋁含量的結束值為50~100%，銦含量的起始值為0~50%，銦含量的結束值為5~50%；背擴散阻擋阻障層的能隙沿厚度方向從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階漸變式增加；背擴散阻擋阻障層還的碳濃度沿厚度方向為步階漸變式增加，其起始值為1E16 cm -3~1E18 cm -3、結束值為1E17 cm -3~1E19 cm -3。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層中的鋁含量沿厚度方向為步階漸變式降低，銦含量沿厚度方向為步階漸變式降低，且鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階，鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm；鋁含量的起始值為50~100%，鋁含量的結束值為0~50%，銦含量的起始值為5~50%，銦含量的結束值為0~50%；背擴散阻擋阻障層的能隙沿厚度方向從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階漸變式降低；背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階漸變式降低，其起始值為1E17 cm -3~1E19 cm -3、結束值為1E16 cm -3~1E18 cm -3。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層的厚度在1 nm~200 nm之間且層數在2至30層。
本發明的另一磊晶結構包括基板、緩衝層、背擴散阻擋阻障層、通道層以及阻障層。緩衝層形成於基板上，背擴散阻擋阻障層形成於緩衝層上，通道層形成於背擴散阻擋阻障層上，阻障層則形成於通道層上。所述背擴散阻擋阻障層於厚度方向上由多層氮化鎵薄膜與多層氮化鋁銦鎵薄膜交替堆疊所組成，其中氮化鋁銦鎵薄膜的化學組成為Al xIn yGa 1-x-yN，且0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176，背擴散阻擋阻障層的晶格常數在2.9Å~3.5 Å之間，其中多層氮化鋁銦鎵薄膜的鋁含量與銦含量沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化，背擴散阻擋阻障層還可包括碳，且碳濃度沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的鋁含量沿厚度方向為步階式增加，銦含量沿厚度方向為步階式增加，且鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階；鋁含量的起始值為0~50%、結束值為50~100%，銦含量的起始值為0~50%、結束值為5~50%；多層氮化鋁銦鎵薄膜的能隙沿厚度方向從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階式增加；背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階式增加，其起始值為1E16 cm -3~1E18 cm -3、結束值為1E17 cm -3~1E19 cm -3。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的鋁含量沿厚度方向為步階式降低，銦含量沿所述厚度方向為步階式降低，且鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階；鋁含量的起始值為50~100%、結束值為0~50%，銦含量的起始值為5~50%、結束值為0~50%；多層氮化鋁銦鎵薄膜的能隙沿厚度方向從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階式降低；背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階式降低，其起始值為1E17 cm -3~1E19 cm -3、結束值為1E16 cm -3~1E18 cm -3。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的鋁含量與銦含量均由三段變化所組成，其中三段變化包括由0漸變至最大值的第一漸變區、固定在最大值的固定區、以及由最大值漸變至0的第二漸變區。所述固定區的值沿著厚度方向步階式增加，且鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階、銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階。所述第一漸變區的鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm。所述第二漸變區的鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm。所述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的鋁含量的起始值為0~50%、結束值為50~100%，銦含量的起始值為0~50%、結束值為5~50%。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的能隙由三段變化所組成，其中三段變化包括由最小值漸變至最大值的第一漸變區、固定在最大值的固定區、以及由最大值漸變至最小值的第二漸變區。所述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的能隙的最小值相同，且所述固定區的值沿厚度方向從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階式增加。
在本發明的另一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階漸變式增加，其起始值為1E16 cm -3~1E18 cm -3、結束值為1E17 cm -3~1E19 cm -3。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的鋁含量與銦含量均由三段變化所組成，其中三段變化包括由0漸變至最大值的第一漸變區、固定在最大值的固定區、以及由最大值漸變至0的第二漸變區。所述固定區的值沿著厚度方向步階式降低，且鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階。所述第一漸變區的鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm。所述第二漸變區的鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm。所述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的鋁含量的起始值為50~100%、結束值為0~50%，銦含量的起始值為5~50%、結束值為0~50%。
在本發明的另一實施例中，上述多層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的能隙由三段變化所組成，其中三段變化包括由最小值漸變至最大值的第一漸變區、固定在最大值的固定區、以及由最大值漸變至最小值的第二漸變區。所述多層氮化鋁銦鎵薄膜中的能隙的最小值相同，且所述固定區的值沿厚度方向從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階式降低。
在本發明的另一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層的碳濃度沿厚度方向為步階漸變式降低，其起始值為1E17 cm -3~1E19 cm -3、結束值為1E16 cm -3~1E18 cm -3。
在本發明的一實施例中，上述背擴散阻擋阻障層的厚度在1 nm~5000 nm之間，氮化鋁銦鎵薄膜的厚度在1 nm~600 nm之間且層數在2至30層。
基於上述，本發明藉由設置於緩衝層與通道層之間具有特定鋁含量變化及銦含量變化之背擴散阻擋阻障層，來提升磊晶結構的晶格匹配性、降低介面缺陷密度、維持通道層品質，且同時具有擴散阻擋作用與提升載子侷限能力，進而提升元件之直流(DC)電流、漏電流、動態特性及射頻(RF)特性等。
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是依照本發明的第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、背擴散阻擋阻障層104、通道層106以及阻障層108。緩衝層102形成於基板100上，背擴散阻擋阻障層104形成於緩衝層102上，通道層106形成於背擴散阻擋阻障層104上，阻障層108則形成於通道層106上。背擴散阻擋阻障層104的化學組成為Al xIn yGa 1-x-yN，其中0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176，x表示Al(鋁)含量，y表示In(銦)含量，1-x-y表示Ga(鎵)含量。背擴散阻擋阻障層104的晶格常數在2.9 Å~3.5 Å之間，且背擴散阻擋阻障層104於厚度方向上由多個區域組成。此外，在本文中所敘述的一個「區域」的定義為x值與y值的一種變化，但區域的數目不一定代表層數，因為製程的關係，單一層結構中可能包含x值與y值的多種變化，因此單一層可以是單一或由數個區域組成，但本發明並不限於此。並且，背擴散阻擋阻障層104的鋁含量與銦含量沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。關於背擴散阻擋阻障層104的鋁含量變化與銦含量變化將於下文詳述。
請繼續參照圖1，基板100的材料例如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al 2O 3)等基板或其他適合的材料。緩衝層102的材料例如摻雜有摻質的(高阻)氮化鎵等，其中緩衝層102之摻質的濃度例如為1E17 cm -3~5E18 cm -3、較佳為4E17 cm -3~2E18 cm -3。在一實施例中，緩衝層102之摻質例如包括鐵、鎂、碳與矽等。通道層106的材料例如氮化鎵等。阻障層108的材料例如氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鋁銦(AlInN)、氮化鋁鎵銦(AlGnInN)等。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之間位成一成核層110，其材料例如氮化鋁銦等。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層104還包括碳。舉例來說，背擴散阻擋阻障層104的碳濃度沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化，但本發明並不限於此。背擴散阻擋阻障層104的碳濃度例如小於1E19 cm -3。關於背擴散阻擋阻障層104的碳濃度變化將於下文詳述。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層104的形成溫度例如是沿厚度方向步階式變化或步階漸變式變化，但本發明並不限於此。其中，摻質之擴散會隨上述形成溫度變化而變化。舉例來說，由於上述碳濃度會隨形成溫度變高而增加、隨形成溫度降低而減少。因此，可藉由上述的碳濃度變化反推出背擴散阻擋阻障層的形成溫度。關於背擴散阻擋阻障層104的形成溫度變化將於下文詳述。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層104與通道層106之間的介面104a的粗糙度(rms)例如在0.1 nm ~5 nm之間，較佳為0.1 nm ~2 nm。背擴散阻擋阻障層104的厚度例如在1 nm~200 nm之間，較佳為1 nm~50 nm。背擴散阻擋阻障層104的層數例如在2至30層，較佳為2至10層。
本實施例藉由設置背擴散阻擋阻障層104，可藉由其中特定鋁含量變化、銦含量變化與形成溫度變化，來改善磊晶結構的晶格匹配性，而可降低介面缺陷，且同時具有擴散阻擋作用與改善載子侷限能力，進而增加元件特性。
圖2是第一實施例的磊晶結構的背擴散阻擋阻障層之不同化學組成的晶格常數與能隙的關係圖。
在本實施例中，藉由改變背擴散阻擋阻障層104的化學組成AlxInyGa1-x-yN之鋁含量與銦含量，可獲得背擴散阻擋阻障層104的能隙(Eg)與晶格常數之間的關係，其中將此關係繪製於圖2中。當代表鋁含量的x值為1且代表銦含量的y值為0時，即背擴散阻擋阻障層104的化學組成為AlN時，其能隙約6.13 eV，晶格常數約3.11 Å。當x值為0且y值為1時，即背擴散阻擋阻障層104的化學組成為InN時，其能隙約0.64 eV，晶格常數約3.54 Å。當x值為0且y值為0時，即背擴散阻擋阻障層104的化學組成為GaN時，其能隙約3.4 eV，晶格常數約3.189 Å。進而，隨著x值由0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7提高至0.8時，其所得之能隙越高，且每一x值對應的能隙與晶格常數呈線性關係。此外，於x值為定值的情況下，隨著鎵含量的減少（如圖2中的箭頭所示），即銦含量的增加，其所得之晶格常數越高。補充背擴散阻擋阻障層此層厚度範圍。
另一方面，可經由圖2調整背擴散阻擋阻障層104的鋁含量與銦含量，使得後續形成的磊晶結構具有較佳近晶格匹配性或晶格匹配性，且同時具有高能隙。舉例來說，可選定與GaN的晶格常數匹配之晶格常數來進行調整。例如將晶格常數選定為3.189時，經由圖2所獲得的相關數值列於下表1中。藉此，可降低背擴散阻擋阻障層104、與通道層106或緩衝層102之間的晶格常數差異，而可獲得同時保有高能隙與較佳晶格匹配性之磊晶結構。
表1 (Al(%)+In(%)+Ga(%)=100%)
鋁含量(%) 銦含量(%) GaN含量(%) 晶格常數(Å) Eg(eV)
0.8 0.176 0.024 3.189 5.098
0.7 0.154 0.146 3.189 4.89
0.6 0.132 0.268 3.189 4.674
0.5 0.110 0.390 3.189 4.461
0.4 0.088 0.512 3.189 4.249
0.3 0.066 0.634 3.189 4.037
0.2 0.044 0.756 3.189 3.825
0.1 0.022 0.878 3.189 3.612
圖3至圖6是第一實施例的一種磊晶結構中的背擴散阻擋阻障層沿厚度方向的化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖，其中「化學組成含量」是指鋁含量、銦含量與鎵含量，「特性」是指能隙與晶格常數。
以下，所述的「步階式增加」是指鋁含量、銦含量或形成溫度等值沿著厚度方向逐步增加，例如圖中有多個步階式區段，每個步階式區段內的值不變。所述的「步階式降低」是指鋁含量、銦含量或形成溫度等值沿著厚度方向逐步降低，例如圖中有多個步階式區段，每個步階式區段內的值不變。所述的「步階漸變式增加」是定義為數個區域中的鋁含量、銦含量或形成溫度等值的最小值沿著厚度方向增大的變化（例如圖5所示區域112a~112b中的鋁含量變化，且每兩個區域的鋁含量、銦含量或形成溫度等值是由固定區112a與漸變區112b所組成；也就是說，每兩個區域是由一個值為定值的固定區112a與一個值以線性增加的漸變區112b所組成。所述的「步階漸變式降低」是定義為數個區域中的鋁含量、銦含量或形成溫度等值的最大值沿著厚度方向減小的變化（例如圖6所示區域114a~114b中的鋁含量變化），且每兩個區域的鋁含量、銦含量或形成溫度等值是由固定區114a與漸變區114b所組成；也就是說，每兩個區域是由一個值為定值的固定區與一個值以線性降低的漸變區所組成。
圖3是背擴散阻擋阻障層呈現步階式增加的示意圖。請參照圖3，背擴散阻擋阻障層的鋁含量沿厚度方向例如為步階式增加，銦含量沿厚度方向例如為步階式增加，鎵含量沿厚度方向則例如為步階式降低。背擴散阻擋阻障層104的鋁含量之起始含量例如0%~50%、較佳為0%~20%，結束含量例如50%~100%、較佳為60%~90%；銦含量之起始含量例如0%~50%、較佳為0%~10%，結束含量例如5%~50%、較佳為5%~30%。舉例來說，鋁含量的步階斜率可為0.1%/步階~50%/步階，較佳為0.1%/步階~10%/步階；銦含量的步階斜率可為0.1%/步階~20%/步階，較佳為0.1%/步階~10%/步階。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層的形成溫度沿厚度方向例如為步階式降低。背擴散阻擋阻障層104的形成溫度之起始溫度例如800°C~1000°C、較佳為800°C~900°C，結束溫度例如600°C~900°C、較佳為650°C~800°C。舉例來說，形成溫度的步階斜率可為-1°C/步階~-100°C/步階，較佳為-1°C/步階~-50°C/步階。
在本實施例中，藉由上述背擴散阻擋阻障層中的化學組成含量變化與形成溫度變化，所得的背擴散阻擋阻障層之能隙沿厚度方向例如從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階式增加，較佳為從3.4±0.5 eV至5.03±0.5 eV步階式增加。背擴散阻擋阻障層的晶格常數沿厚度方向例如為3.2±0.3 Å，較佳為3.2±0.15 Å。
另外，背擴散阻擋阻障層例如還可包括碳，且其碳濃度沿厚度方向為步階式增加。背擴散阻擋阻障層104的碳濃度的起始值例如為1E16 cm -3~1E18 cm -3、較佳為1E16 cm -3~17E17 cm -3，結束值例如為1E17 cm -3~1E19 cm -3、較佳為1E17 cm -3~1E18 cm -3。
圖4是背擴散阻擋阻障層呈現步階式降低的示意圖。請參照圖4，背擴散阻擋阻障層的鋁含量沿厚度方向例如為步階式降低，銦含量沿厚度方向例如為步階式降低，鎵含量沿厚度方向則例如為步階式增加。背擴散阻擋阻障層104的鋁含量之起始含量例如50%~100%、較佳為60%~90%，結束含量例如0%~50%、較佳為0%~20%；銦含量之起始含量例如5%~50%、較佳為5%~30%，結束含量例如0%~50%、較佳為0%~10%。舉例來說，鋁含量的步階斜率可為-0.1%/步階~-50%/步階，較佳為-0.1%/步階~-10%/步階；銦含量的步階斜率可為-0.1%/步階~-20%/步階，較佳為-0.1%/步階~-10%/步階。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層的形成溫度沿厚度方向例如為步階式增加。背擴散阻擋阻障層104的形成溫度之起始溫度例如600°C~900°C、較佳為650°C~800°C，結束溫度例如800°C~1000°C、較佳為800°C~900°C。舉例來說，形成溫度的步階斜率可為1°C/步階~100°C/步階，較佳為1°C/步階~50°C/步階。
在本實施例中，藉由上述背擴散阻擋阻障層中的化學組成含量變化與形成溫度變化，所得的背擴散阻擋阻障層之能隙沿厚度方向例如從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階式降低，較佳為從5.03±0.5 eV至3.4±0.5 eV步階式降低。背擴散阻擋阻障層的晶格常數沿厚度方向例如為3.2±0.3 Å，較佳為3.2±0.15 Å。
另外，背擴散阻擋阻障層例如還可包括碳，且其碳濃度沿厚度方向為步階式降低。背擴散阻擋阻障層104的碳濃度的起始值例如為1E17 cm -3~1E19 cm -3、較佳為1E17 cm -3~1E18 cm -3，結束值例如為1E16 cm -3~1E18 cm -3、較佳為1E16 cm -3~17E17 cm -3。
圖5是背擴散阻擋阻障層呈現步階漸變式增加的示意圖。請參照圖5，背擴散阻擋阻障層的鋁含量沿厚度方向例如為步階漸變式增加，銦含量沿厚度方向例如為步階漸變式增加，鎵含量沿厚度方向則例如為步階漸變式降低。以圖5為例，背擴散阻擋阻障層104包含16個區域，換句話說，背擴散阻擋阻障層104包含8個固定區112a與8個漸變區112b，且固定區與漸變區是互相交替的。背擴散阻擋阻障層104的鋁含量之起始含量例如0%~50%、較佳為0%~20%，結束含量例如50%~100%、較佳為60%~90%；銦含量之起始含量例如0%~50%、較佳為0%~10%，結束含量例如5%~50%、較佳為5%~30%。舉例來說，鋁含量的步階斜率可為0.1%/步階~50%/步階，較佳為0.1%/步階~10%/步階；銦含量的步階斜率可為0.1%/步階~20%/步階，較佳為0.1%/步~10%/步階。鋁含量的漸變斜率可為1%/nm~50%/nm，較佳為1%/nm~30%/nm；銦含量的漸變斜率可為1%/nm~10%/nm，較佳為1%/nm~5%/nm。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層的形成溫度沿厚度方向例如為步階漸變式降低。背擴散阻擋阻障層104的形成溫度之起始溫度例如800°C~1000°C、較佳為800°C~900°C，結束溫度例如600°C~900°C、較佳為650°C~800°C。舉例來說，形成溫度的步階斜率可為-1°C/步階~-100°C/步階，較佳為-1°C/步階~-50°C/步階。形成溫度的漸變斜率可為-1°C/sec~-10°C/sec，較佳為-1°C/sec~-5°C/sec。
在本實施例中，藉由上述背擴散阻擋阻障層中的化學組成含量變化與形成溫度變化，所得的背擴散阻擋阻障層之能隙沿厚度方向例如從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階漸變式增加，較佳為從3.4±0.5 eV至5.03±0.5 eV步階漸變式增加。背擴散阻擋阻障層的晶格常數沿厚度方向例如為3.2±0.3 Å，較佳為3.2±0.15 Å。
另外，背擴散阻擋阻障層例如還可包括碳，且其碳濃度沿厚度方向為步階漸變式增加。背擴散阻擋阻障層104的碳濃度的起始值例如為1E16 cm -3~1E18 cm -3、較佳為1E16 cm -3~17E17 cm -3，結束值例如為1E17 cm -3~1E19 cm -3、較佳為1E17 cm -3~1E18 cm -3。
圖6是背擴散阻擋阻障層呈現步階式降低的示意圖。請參照圖6，背擴散阻擋阻障層的鋁含量沿厚度方向例如為步階漸變式降低，銦含量沿厚度方向例如為步階漸變式降低，鎵含量沿厚度方向則例如為步階漸變式增加。以圖6為例，背擴散阻擋阻障層104包含16個區域，換句話說，背擴散阻擋阻障層104包含8個固定區114a與8個漸變區114b，且固定區與漸變區是互相交替的。背擴散阻擋阻障層104的鋁含量之起始含量例如50%~100%、較佳為60%~90%，結束含量例如0%~50%、較佳為0%~20%；銦含量之起始含量例如5%~50%、較佳為5%~30%，結束含量例如0%~50%、較佳為0%~10%。舉例來說，鋁含量的步階斜率可為-0.1%/步階~-50%/步階，較佳為-0.1%/步階~-10%/步階；銦含量的步階斜率可為-0.1%/步階~-20%/步階，較佳為-0.1%/步階~-10%/步階。鋁含量的漸變斜率可為-1%/nm~-50%/nm，較佳為-1%/nm~-30%/nm；銦含量的漸變斜率可為-1%/nm~-10%/nm，較佳為-1%/nm~-5%/nm。
在本實施例中，背擴散阻擋阻障層的形成溫度沿厚度方向例如為步階漸變式增加。背擴散阻擋阻障層104的形成溫度之起始溫度例如600°C~900°C、較佳為650°C~800°C，結束溫度例如800°C~1000°C、較佳為800°C~900°C。舉例來說，形成溫度的步階斜率可為1°C/步階~100°C/步階，較佳為1°C/步階~50°C/步階。形成溫度的漸變斜率可為1°C/sec~10°C/sec，較佳為1°C/sec~5°C/sec。藉由背擴散阻擋阻障層的特定形成溫度變化，可直接形成鋁含量呈步階漸變式的背擴散阻擋阻障層，以防止例如緩衝層中之摻質擴散至通道層中，進而改善載子侷限能力。
如此一來，藉由上述背擴散阻擋阻障層中的化學組成含量變化與形成溫度變化，所得的背擴散阻擋阻障層之能隙沿厚度方向例如從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階漸變式降低，較佳為從5.03±0.5 eV至3.4±0.5 eV步階漸變式降低。背擴散阻擋阻障層的晶格常數沿厚度方向例如為3.2±0.3 Å，較佳為3.2±0.15 Å，其中相較於圖3至圖5所示的實施方式，圖6所示之實施方式具有較佳的背擴散阻擋阻障層的晶格匹配性，且其形成溫度為步階漸變式增加，因此可防止後續形成之通道層的品質劣化，進而可獲得較佳之磊晶結構與元件特性。
另外，背擴散阻擋阻障層例如還可包括碳，且其碳濃度沿厚度方向為步階漸變式降低。背擴散阻擋阻障層104的碳濃度的起始值例如為1E17 cm -3~1E19 cm -3、較佳為1E17 cm -3~1E18 cm -3，結束值例如為1E16 cm -3~1E18 cm -3、較佳為1E16 cm -3~17E17 cm -3。
在圖3至圖6中，藉由背擴散阻擋阻障層的特定鋁含量變化、銦含量變化與形成溫度變化，來改善磊晶結構的晶格匹配性，而可降低介面缺陷，且同時具有擴散阻擋作用與改善載子侷限能力，進而增加元件特性。以晶格匹配性的觀點來看，優選為圖6的實施方式，原因為其所獲得的磊晶結構之晶格匹配性較高，因此可更有效地提升擴散阻擋能力及載子侷限能力，進而獲得較佳之元件特性。
圖7是依照本發明的第二實施例的一種磊晶結構的剖面示意圖，其中使用與第一實施例相同或相似的元件符號表示相同或相似的構件，且相同的構件的說明可參照第一實施例，於此不再贅述。
請參照圖7，第二實施例之磊晶結構與第一實施例之磊晶結構的不同之處在於：背擴散阻擋阻障層104於厚度方向上由多層氮化鎵薄膜200與多層氮化鋁銦鎵薄膜202交替堆疊所組成，其中氮化鋁銦鎵薄膜202的化學組成為Al xIn yGa 1-x-yN，且0.1≦x≦0.8、0.022≦y≦0.176。氮化鋁銦鎵薄膜202的鋁含量與銦含量沿厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化。此外，背擴散阻擋阻障層104的厚度例如在1 nm~5000 nm之間，較佳為50 nm~3000 nm之間。背擴散阻擋阻障層104中單一層氮化鋁銦鎵薄膜202的厚度例如在1 nm~600 nm之間，較佳為1 nm~300 nm之間；且多層氮化鋁銦鎵薄膜202的層數例如在2至30層，較佳為2至10層。
在圖7中雖然顯示的是5層氮化鎵薄膜200與4層氮化鋁銦鎵薄膜202，但本發明並不限於此；在其它實施例中，氮化鎵薄膜200與氮化鋁銦鎵薄膜202的層數可依據元件設計的需求進行調整。另外，在本實施例中，氮化鎵薄膜200例如設置於背擴散阻擋阻障層104靠近緩衝層102的一側，且與緩衝層102接觸。在另一實施例中，也可將氮化鋁銦鎵薄膜202設置於背擴散阻擋阻障層104中與緩衝層102接觸的一側，但本發明不限於此，可依據元件設計的需求進行調整。
另一方面，氮化鎵薄膜200例如設置於背擴散阻擋阻障層104靠近通道層106的一側，且與通道層106接觸。在另一實施例中，也可將氮化鋁銦鎵薄膜202設置於背擴散阻擋阻障層104中與通道層106接觸的一側，但本發明不限於此，可依據元件設計的需求進行調整。
圖8至圖11是第二實施例的一種磊晶結構中的背擴散阻擋阻障層沿厚度方向的化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。
請參照圖8，如上述圖3所示之化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鋁銦鎵薄膜202中的鋁含量沿厚度方向例如為步階式增加，銦含量沿厚度方向例如為步階式增加，能隙則沿厚度方向從3.4±1 eV至5.03±1 eV步階式增加。
請參照圖9，如上述圖4所示之化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鋁銦鎵薄膜202中的鋁含量沿厚度方向例如為步階式降低，銦含量沿厚度方向例如為步階式降低，能隙則沿厚度方向從5.03±1 eV至3.4±1 eV 步階式降低。
請同時參照圖8及圖9，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鎵薄膜200中的化學組成含量變化與特性變化例如維持於一固定值。舉例來說，鎵含量例如為>95%，較佳為100%；能隙例如為3.4±1 eV，較佳為3.4±0.5 eV。
請參照圖10與圖11，背擴散阻擋阻障層104的氮化鋁銦鎵薄膜202例如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值為不同的固定值。並且，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鎵薄膜200中的化學組成含量變化與特性變化例如維持於一固定值。舉例來說，鎵含量例如為>95%，較佳為100%；能隙例如為3.4±1 eV，較佳為3.4±0.5 eV。
在圖10中，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鋁銦鎵薄膜202中每一層的鋁含量與銦含量例如由三段變化所組成，其中三段變化例如包括由0漸變至最大值的第一漸變區202a、固定在最大值的固定區202b、以及由最大值漸變至0的第二漸變區202c。其中，固定區202b的鋁含量和銦含量沿著厚度方向步階式增加，且鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階、較佳為0.1%/步階~10%/步階，銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階、較佳為0.1%/步階~10%/步階。第一漸變區202a的鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm、較佳為1%/nm~30%/nm，第二漸變區202c的鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm、較佳為-1%/nm~-30%/nm。第一漸變區202a的銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm、較佳為1%/nm~5%/nm，第二漸變區202c的銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm、較佳為-1%/nm~-5%/nm。
另外，背擴散阻擋阻障層104的多層氮化鋁銦鎵薄膜202中每一層的能隙例如由三段變化所組成，其中三段變化例如包括由最小值漸變至最大值的第一漸變區202d、固定在最大值的固定區202e、以及由最大值漸變至最小值的第二漸變區202f。舉例來說，固定區202e的值沿厚度方向例如從3.4±1eV至5.03±1 eV步階式增加，較佳為從3.4±0.5 eV至5.03±0.5 eV步階式增加。第一漸變區202d的能隙則沿厚度方向漸變式增加，第二漸變區202f的能隙沿厚度方向漸變式降低。另外，多層氮化鋁銦鎵薄膜202中的能隙的最小值例如相同。舉例來說，能隙的最小值例如為3.4±1 eV，較佳為3.4±0.5 eV。
在圖11中，與圖10的實施方式不同之處在於：多層氮化鋁銦鎵薄膜202中每一層的鋁含量與銦含量之固定區202b的值沿著厚度方向步階式降低，且鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階、較佳為-0.1%/步階~-10%/步階，銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階、較佳為-0.1%/步~-10%/步階。另外，多層氮化鋁銦鎵薄膜202中每一層的能隙之固定區202e的值沿厚度方向例如從5.03±1 eV至3.4±1 eV步階式降低，較佳為從5.03±0.5 eV至3.4±0.5 eV步階式降低。第一漸變區202d的能隙則沿厚度方向漸變式增加，第二漸變區202f的能隙沿厚度方向漸變式降低。
綜上所述，根據本發明的磊晶結構，藉由Al xIn yGa 1-x-yN的背擴散阻擋阻障層中不同化學組成含量(x值與y值)變化搭配相同晶格常數及形成溫度變化，可提升磊晶結構的晶格匹配性、降低介面缺陷密度、維持通道層品質，且同時具有擴散阻擋作用與提升載子侷限能力，進而提升元件之直流電流、漏電流、動態特性及射頻特性等。
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:背擴散阻擋阻障層
104a:介面
106:通道層
108:阻障層
110:成核層
112a、114a:固定區(區域)
112b、114b:漸變區(區域)
200:氮化鎵薄膜
202:氮化鋁銦鎵薄膜
202a、202d:第一漸變區
202b、202e:固定區
202c、202f:第二漸變區
圖1是依照本發明的第一實施例的一種磊晶結構的剖面示意圖。 圖2是第一實施例的磊晶結構的背擴散阻擋阻障層之不同化學組成的晶格常數與能隙的關係圖。 圖3是第一實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第一種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖4是第一實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第二種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖5是第一實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第三種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖6是第一實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第四種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖7是依照本發明的第二實施例的一種磊晶結構的剖面示意圖。 圖8是第二實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第一種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖9是第二實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第二種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖10是第二實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第三種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。 圖11是第二實施例的部分磊晶結構沿厚度方向的第四種化學組成含量變化、形成溫度變化及特性變化示意圖。
100:基板
102:緩衝層
104:背擴散阻擋阻障層
104a:介面
106:通道層
108:阻障層
110:成核層

Claims (16)

  1. 一種磊晶結構，包括：基板；緩衝層，形成於所述基板上；背擴散阻擋阻障層，形成於所述緩衝層上，所述背擴散阻擋阻障層的化學組成為AlxInyGa1-x-yN，其中0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176，所述背擴散阻擋阻障層的晶格常數在2.9Å~3.5Å之間，其中所述背擴散阻擋阻障層於厚度方向上由多數個區域組成，且所述背擴散阻擋阻障層的鋁含量與銦含量沿所述厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化，所述背擴散阻擋阻障層更包括碳，且碳濃度沿所述厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化；通道層，形成於所述背擴散阻擋阻障層上；以及阻障層，形成於所述通道層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階式增加，所述銦含量沿所述厚度方向為步階式增加，且所述鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，所述銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階，所述背擴散阻擋阻障層的能隙沿所述厚度方向從3.4±1eV至5.03±1eV步階式增加，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階 式增加，所述碳濃度的起始值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述鋁含量的起始值為10~50%，所述鋁含量的結束值為50~80%，所述銦含量的起始值為2.2~17.6%，所述銦含量的結束值為5~17.6%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階式降低，所述銦含量沿所述厚度方向為步階式降低，且所述鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，所述銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階，所述背擴散阻擋阻障層的能隙沿所述厚度方向從5.03±1eV至3.4±1eV步階式降低，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階式降低，所述碳濃度的起始值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述鋁含量的起始值為50~80%，所述鋁含量的結束值為10~50%，所述銦含量的起始值為5~17.6%，所述銦含量的結束值為2.2~17.6%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階漸變式增加，所述銦含量沿所述厚度方向為步階漸變式增加，且所述鋁含 量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，所述銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階，所述鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，所述銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm，所述背擴散阻擋阻障層的能隙沿所述厚度方向從3.4±1eV至5.03±1eV步階漸變式增加，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階漸變式增加，且所述碳濃度的起始值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述鋁含量的起始值為10~50%，所述鋁含量的結束值為50~80%，所述銦含量的起始值為2.2~17.6%，所述銦含量的結束值為5~17.6%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階漸變式降低，所述銦含量沿所述厚度方向為步階漸變式降低，且所述鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，所述銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階，所述鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，所述銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm，所述背擴散阻擋阻障層的能隙沿所述厚度方向從5.03±1eV至3.4±1eV步階漸變式降低，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階漸變式降低，所述碳濃度的起始值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述 碳濃度的結束值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述鋁含量的起始值為50~80%，所述鋁含量的結束值為10~50%，所述銦含量的起始值為5~17.6%，所述銦含量的結束值為2.2~17.6%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層的厚度在1nm~200nm之間且層數在2至30層。
  7. 一種磊晶結構，包括：基板；緩衝層，形成於所述基板上；背擴散阻擋阻障層，形成於所述緩衝層上，所述背擴散阻擋阻障層於厚度方向上由多數層氮化鎵薄膜與多數層氮化鋁銦鎵薄膜交替堆疊所組成，其中所述氮化鋁銦鎵薄膜的化學組成為AlxInyGa1-x-yN，且0.1≦x≦0.8且0.022≦y≦0.176，所述背擴散阻擋阻障層的晶格常數在2.9Å~3.5Å之間，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜的鋁含量與銦含量沿所述厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化，所述背擴散阻擋阻障層更包括碳，且碳濃度沿所述厚度方向為步階式變化或步階漸變式變化；通道層，形成於所述背擴散阻擋阻障層上；以及阻障層，形成於所述通道層上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階式增 加，所述銦含量沿所述厚度方向為步階式增加，且所述鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，所述銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜的能隙沿所述厚度方向從3.4±1eV至5.03±1eV步階式增加，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階式增加，所述碳濃度的起始值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量的起始值為10~50%，所述鋁含量的結束值為50~80%，所述銦含量的起始值為2.2~17.6%，所述銦含量的結束值為5~17.6%。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量沿所述厚度方向為步階式降低，所述銦含量沿所述厚度方向為步階式降低，且所述鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，所述銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜的能隙沿所述厚度方向從5.03±1eV至3.4±1eV步階式降低，所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階式降低，所述碳濃度的起始值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E16 cm-3~1E18 cm-3， 所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量的起始值為50~80%，所述鋁含量的結束值為10~50%，所述銦含量的起始值為5~17.6%，所述銦含量的結束值為2.2~17.6%。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的所述鋁含量與所述銦含量均由三段變化所組成，所述三段變化包括：由0漸變至最大值的第一漸變區、固定在所述最大值的固定區、以及由最大值漸變至0的第二漸變區，所述固定區的值沿著所述厚度方向步階式增加，且所述鋁含量的步階斜率為0.1%/步階~50%/步階，所述銦含量的步階斜率為0.1%/步階~20%/步階，所述第一漸變區的所述鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，所述第二漸變區的所述鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，所述第一漸變區的所述銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm，所述第二漸變區的所述銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量的起始值為10~50%，所述鋁含量的結束值為50~80%，所述銦含量的起始值為2.2~17.6%，所述銦含量的結束值為5~17.6%。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的能隙由三段變化所組成，所述三段變化包括：由最小值漸變至最大值的第一漸變區、固定在所述最大值的固定區、以及由最大值漸變至最小值的第二漸變區，所 述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的能隙的所述最小值相同，所述固定區的值沿所述厚度方向從3.4±1eV至5.03±1eV步階式增加。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階漸變式增加，所述碳濃度的起始值為1E16 cm-3~1E18 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E17 cm-3~1E19 cm-3。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的所述鋁含量與所述銦含量均由三段變化所組成，所述三段變化包括：由0漸變至最大值的第一漸變區、固定在所述最大值的固定區、以及由最大值漸變至0的第二漸變區，所述固定區的值沿著所述厚度方向步階式降低，且所述鋁含量的步階斜率為-0.1%/步階~-50%/步階，所述銦含量的步階斜率為-0.1%/步階~-20%/步階，所述第一漸變區的所述鋁含量的漸變斜率為1%/nm~50%/nm，所述第二漸變區的所述鋁含量的漸變斜率為-1%/nm~-50%/nm，所述第一漸變區的所述銦含量的漸變斜率為1%/nm~10%/nm，所述第二漸變區的所述銦含量的漸變斜率為-1%/nm~-10%/nm，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的所述鋁含量的起始值為50~80%，所述鋁含量的結束值為10~50%，所述銦含量的起始值為5~17.6%，所述銦含量的結束值為2.2~17.6%。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的磊晶結構，其中所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中每一層的能隙由三段變化所組成，所述三段變化包括：由最小值漸變至最大值的第一漸變區、固定在所述最大值的固定區、以及由最大值漸變至最小值的第二漸變區，所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜中的能隙的所述最小值相同，所述固定區的值沿所述厚度方向從5.03±1eV至3.4±1eV步階式降低。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層的所述碳濃度沿所述厚度方向為步階漸變式降低，所述碳濃度的起始值為1E17 cm-3~1E19 cm-3，所述碳濃度的結束值為1E16 cm-3~1E18 cm-3。
  16. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶結構，其中所述背擴散阻擋阻障層的厚度在1nm~5000nm之間，所述氮化鋁銦鎵薄膜的厚度在1nm~600nm之間，且所述多數層氮化鋁銦鎵薄膜的層數在2至30層。
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