AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件技术

本发明专利技术公开了一种AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件，属于半导体技术领域。AlGaN模板包括：衬底和在衬底上沉积的Al1-xGaxN结晶薄膜，0<x<1。半导体器件包括：模板和氮化物半导体层，所述模板为前述AlGaN模板，所述氮化物半导体层沉积在所述Al1-xGaxN结晶薄膜上。方法包括：提供衬底；在衬底上沉积Al1-xGaxN结晶薄膜，0<x<1。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件。
技术介绍
目前，大部分GaN基蓝光发光二极管(英文：lightemittingdiode，缩写：LED)与GaN基白光LED采用蓝宝石衬底。由于蓝宝石和GaN材料一直存在晶格失配和热失配问题，而AlN材料与GaN材料、蓝宝石衬底间仅有较小的晶格不匹配，因此将AlN作为缓冲层置入到蓝宝石衬底和GaN之间。具体地，先在蓝宝石衬底上生长一AlN缓冲层，制成AlN模板，再在AlN模板上生长GaN外延，制成LED外延片。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：AlN缓冲层的晶格常数小于GaN和蓝宝石，在AlN模板上生长GaN外延时，将导致后续GaN外延积累较大的压应力，在生长GaN外延中的量子阱结构时外延片处于翘曲状态，使得量子阱结构的生长温度不均匀，外延片波长均匀性较差，从而导致无法进行高良率的外延片的量产。图1示出了基于4英寸AlN模板的LED外延片的光致发光(英文：photoluminescence，缩写：PL)波长分布(英文：mapping)图，从图1可以看到，外延片边缘(A点)波长为458nm，外延片中心(B点)波长为468nm，中心和边缘的波长差达10nm，整片的波长标准方差达4.18nm，而合格的外延片要求波长标准方差为2nm，因此该外延片未达到合格要求。>
技术实现思路
为了解决在现有的AlN模板上生长GaN外延时，导致后续GaN外延积累较大的应力，在生长GaN外延中的量子阱结构时外延片处于翘曲状态，使得量子阱结构的生长温度不均匀，外延片波长均匀性较差，从而导致无法进行高良率的外延片的量产的问题，本专利技术实施例提供了一种AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件。所述技术方案如下：第一方面，提供了一种AlGaN模板，包括衬底，所述AlGaN模板还包括在所述衬底上沉积的Al1-xGaxN结晶薄膜，0<x<1。在第一方面的第一实施方式中，所述Al1-xGaxN结晶薄膜的厚度为1nm～1000nm。在第一方面的第二实施方式中，所述Al1-xGaxN结晶薄膜包括在所述衬底上沉积的第一AlGaN层，所述第一AlGaN层中掺有氧。在第一方面的第三实施方式中，从所述衬底与所述第一AlGaN层界面到所述第一AlGaN层的表面的方向，所述第一AlGaN层中的氧的含量是逐渐减少或逐渐增多的。在第一方面的第四实施方式中，所述Al1-xGaxN结晶薄膜还包括在所述第一AlGaN层上沉积的第二AlGaN层，所述第二AlGaN层中掺有氧且所述第二AlGaN层中的氧是均匀分布在所述第二AlGaN层中的，所述第二AlGaN层的厚度大于1nm。在第一方面的第五实施方式中，所述衬底为Si、SiC、蓝宝石、ZnO、GaAs、GaP、MgO、Cu、W或SiO2衬底。第二方面，提供了一种AlGaN模板上的半导体器件，包括模板和在所述模板上生长的氮化物半导体层，所述模板为前述AlGaN模板，所述氮化物半导体层沉积在所述Al1-xGaxN结晶薄膜上。第三方面，提供了一种AlGaN模板的制备方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上沉积Al1-xGaxN结晶薄膜，0<x<1。在第三方面的第一实施方式中，在所述衬底上沉积Al1-xGaxN结晶薄膜，包括：将所述衬底布置在真空环境中，并对所述衬底进行烘烤；烘烤时间为1～15分钟，烘烤温度为300～900摄氏度，烘烤压力小于10-7Torr；完成烘烤后，在至少混合了Ar和N2的气体氛围下，对铝镓合金靶材进行溅射，以在所述衬底上沉积所述Al1-xGaxN结晶薄膜；沉积温度为400～800摄氏度，沉积压力为在1～10mTorr，溅射功率为1KW～10KW，溅射时长为10秒～1000秒。在第三方面的第二实施方式中，在所述衬底上沉积Al1-xGaxN结晶薄膜，包括：将所述衬底布置到氮气氛围或者氮离子束流中；再在所述氮气氛围或者所述氮离子束流中，采用电子束蒸发Al源和Ga源，以在所述衬底上沉积所述Al1-xGaxN结晶薄膜；沉积压力为2×10-5～7×10-5Torr，沉积温度为100～400摄氏度，沉积时间为10秒～1000秒。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在衬底上沉积Al1-xGaxN结晶薄膜，形成AlGaN模板，后续在AlGaN模板上生长GaN外延时，相较于在AlN模板上生长GaN外延，由于Ga原子和Al原子同属族半导体，适量的Ga原子的掺入，不会对在AlGaN模板上生长的GaN外延的晶体质量有明显影响。而由于Ga原子半径较Al原子大，掺入Ga原子的AlGaN模板和AlN模板相比，其晶格常数同后续的GaN外延层更加接近。因此，采用AlGaN模板生长GaN外延，可以缓解GaN外延中的压应力，改善生长量子阱时外延片的翘曲。同时由于GaN材料的结晶温度较AlN材料低，在AlN模板中掺入适当的Ga，有利于提高模板的晶体质量，从而提高后续GaN外延材料的晶体质量。这样，该AlGaN模板在保持甚至提高后续GaN外延晶体质量的同时，减小了GaN外延层中的积累应力，优化了LED外延的波长均匀性，有了实现AlGaN模板上外延片大规模量产的可行性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的基于现有的4英寸AlN模板制备的LED外延片的PL波长mapping图；图2是本专利技术第一实施例提供的一种AlGaN模板的结构示意图；图3是本专利技术第二实施例提供的一种AlGaN模板的结构示意图；图4是本专利技术第三实施例提供的一种AlGaN模板的制备方法的流程图；图5是本专利技术第四实施例提供的一种AlGaN模板上的半导体器件的结构示意图；图6是本专利技术第四实施例提供的4英寸LED外延片的PL波长mapping图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图2示出了本专利技术第一实施例提供的一种AlGaN模板，如图2所示，该AlGaN模板包括衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlGaN模板，包括衬底，其特征在于，所述AlGaN模板还包括在所述衬底上沉积的Al1‑xGaxN结晶薄膜，0<x<1。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN模板，包括衬底，其特征在于，所述AlGaN模板还包括在
所述衬底上沉积的Al1-xGaxN结晶薄膜，0<x<1。
2.根据权利要求1所述的AlGaN模板，其特征在于，所述Al1-xGaxN结晶
薄膜的厚度为1nm～1000nm。
3.根据权利要求1所述的AlGaN模板，其特征在于，所述Al1-xGaxN结晶
薄膜包括在所述衬底上沉积的第一AlGaN层，所述第一AlGaN层中掺有氧。
4.根据权利要求3所述的AlGaN模板，其特征在于，从所述衬底与所述第
一AlGaN层界面到所述第一AlGaN层的表面的方向，所述第一AlGaN层中的
氧的含量是逐渐减少或逐渐增多的。
5.根据权利要求3所述的AlGaN模板，其特征在于，所述Al1-xGaxN结晶
薄膜还包括在所述第一AlGaN层上沉积的第二AlGaN层，所述第二AlGaN层
中掺有氧且所述第二AlGaN层中的氧是均匀分布在所述第二AlGaN层中的，所
述第二AlGaN层的厚度大于1nm。
6.根据权利要求1所述的AlGaN模板，其特征在于，所述衬底为Si、SiC、
蓝宝石、ZnO、GaAs、GaP、MgO、Cu、W或SiO2衬底。
7.一种AlGaN模板上的半导体器件，包括模板和在所述模板上生长的氮化
物半导体层，其特征在于，
所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：董彬忠，张武斌，艾海平，李鹏，王江波，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32