III族氮化物半导体结构及其制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103681795103681795A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310738594.1(22)申请日2013.12.27(71)申请人苏州晶湛半导体有限公司地址215124江苏省苏州市工业园区仁爱路99号(72)发明人程凯(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人常亮(51)Int.Cl.H01L29/30(2006.01)H01L21/20(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书9页说明书9页附图10页附图10页(54)发明名称III族氮化物半导体结构及其制造方法(57)摘要本发明公开了一种III族氮化物半导体结构及其制造方法，该结构包括：衬底；位于衬底上的成核层，成核层为氮化物，氮化物中存在位错；位于成核层上的掩膜层，掩膜层上至少有一个掩膜层窗口，掩膜层窗口贯穿整个掩膜层；从掩膜层窗口向上延伸并穿过掩膜层侧向延伸的过生长侧向外延层；过生长侧向外延层中的位错密度小于掩膜层及掩膜层窗口下方的氮化物成核层中的位错密度。本发明通过在外延层中引入压应力，使得位错的生长方向发生改变，再引入厚的掩膜，约束窗口区的生长角度，当窗口区的深宽比超过临界值的时候，弯曲的位错会全部被掩膜的侧壁阻挡，从而实现生长窗口内的极低位错密度。CN103681795ACN10368795ACN103681795A权利要求书1/2页1.一种III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述III族氮化物半导体结构包括：衬底；位于所述衬底上的成核层，所述成核层为氮化物，所述氮化物中存在位错；位于所述成核层上的掩膜层，所述掩膜层上至少有一个掩膜层窗口，所述掩膜层窗口贯穿整个掩膜层；从所述掩膜层窗口向上延伸并穿过所述掩膜层侧向延伸的过生长侧向外延层，过生长侧向外延层在高温生长过程中受到下层结构施加的压应力；从掩膜窗口中生长的过生长侧向外延层中的位错在压应力的作用下，方向发生改变，从而被掩膜层阻挡；所述过生长侧向外延层中的位错密度小于掩膜层及掩膜层窗口下方的氮化物成核层中的位错密度；所述过生长侧向外延层选自一种或多种III族氮化物，所述过生长侧向外延层的各侧向生长沿相互融合，过生长侧向外延层为完整的平面结构。2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述III族氮化物半导体结构还包括：位于所述成核层和掩膜层间的第一氮化物层，所述第一氮化物层受到所述成核层引入的压应力。3.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述III族氮化物半导体结构还包括：位于所述成核层和第一氮化物层间用于引入压应力的中间层，所述中间层为含铝氮化物。4.根据权利要求2所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述III族氮化物半导体结构还包括：位于所述第一氮化物层上的用于引入压应力的中间层，所述中间层为含铝氮化物；位于所述中间层上的第二氮化物层，所述第二氮化物层受到中间层引入的压应力。5.根据权利要求4所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述III族氮化物半导体结构还包括：位于所述第一氮化物层和中间层间的插入层，所述插入层为氮化铝插入层。6.根据权利要求2、3、4、5中任一项所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述掩膜层选自氮化硅、氮氧硅或二氧化硅。7.根据权利要求2、3、4、5中任一项所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，所述衬底选自蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、砷化镓或氧化锌、以及在蓝宝石、碳化硅、硅、铌酸锂、砷化镓和氧化锌上生长的氮化镓模板。8.根据权利要求3、4、5中任一项所述的III族氮化物半导体结构，其特征在于，在含铝氮化物中间层和第一氮化物层之间还包括多层结构，所述多层结构为铝镓氮过渡层、或铝氮/镓氮超晶格、或铝氮/镓氮超晶格、或铝镓氮/铝氮超晶格、或铝镓氮/镓氮超晶格、或铝镓氮/铝镓氮超晶格。9.一种如权利要求1所述的III族氮化物半导体结构的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：2CN103681795A权利要求书2/2页S1、提供一衬底；S2、在所述衬底上生长成核层，所述成核层为氮化物，所述氮化物中存在位错；S3、在所述成核层上沉积掩膜层；S4、在所述掩膜层上通过光刻形成至少一个掩膜层窗口，所述掩膜层窗口贯穿整个掩膜层；S5、在所述掩膜层窗口内生长过生长侧向外延层，所述过生长侧向外延层从掩膜层窗口向上延伸并穿过掩膜层侧向延伸，所述过生长侧向外延层在高温生长过程中受到下层结构施加的压应力，从掩膜窗口中生长的过生长侧向外延层中的位错在压应力的作用下，方向发生改变，从而被掩膜层阻挡；所述过生长侧向外延层中的位错密度小于掩膜层及掩膜层窗口下方的氮化物成核层中的位错