本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法。

背景技術(shù)：

AlGaN材料具有高溫穩(wěn)定性好、搞的介質(zhì)擊穿強(qiáng)度、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、通過Al組分變化可實現(xiàn)禁帶寬度從3.4eV～6.2eV可調(diào)，從而涵蓋了波長從365nm～200nm的紫外波段，在紫外探測器、紫外LED及HEMTs器件方面具有重要的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用橫向外延生長技術(shù)制備AlGaN材料，主要包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面形成凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)或在所述襯底表面形成掩膜層之后，在所述掩膜層內(nèi)形成開口，并在所述開口內(nèi)形成突出于所述掩膜層表面的凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)采用橫向外延生長工藝在所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)表面及所述襯底表面形成AlGaN材料。

然而，在生長條件下，由于Al原子在氮化物表面的遷移速率非常慢，采用上述橫向外延生長制備所述AlGaN時，要使得相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)連起來并得到表面平整的AlGaN材料層非常困難，表面也容易形成裂紋，晶體質(zhì)量不高。要得到一定厚度且表面平整的AlGaN材料層不但需要較高的生長溫度條件，而且生長時間也較長，生長成本較高。

同樣，采用橫向外延生長工藝制備其他含Al氮化物材料時存在與AlGaN同樣的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用橫向外延生長工藝制備含Al氮化物材料時，由于Al原子遷移速率較慢而導(dǎo)致的生長條件比較苛刻、所需生長溫度高、生長時間長、生長成本較高、容易形成表面裂紋和晶體質(zhì)量不高等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法。所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法至少包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)包括以下步驟：

2-1)在所述襯底表面形成掩膜層；

2-2)在對應(yīng)于后續(xù)要形成所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)的所述掩膜層內(nèi)形成貫穿所述掩膜層的開口；

2-3)在所述開口內(nèi)填充III-V族氮化物填充層，所述III-V族氮化物填充層填滿所述開口，并形成突出于所述掩膜層表面的所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2-1)中還包括在所述襯底與所述掩膜層之間形成III-V族氮化物層的步驟。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟2)中，在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)包括以下步驟：

2-1)在所述襯底表面形成III-V族氮化物層；

2-2)刻蝕所述III-V族氮化物層以形成所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)的縱截面形狀為三角形、梯形或矩形。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，所述交替層疊結(jié)構(gòu)中，一層所述GaN層與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)包括至少5個所述交替周期。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)之后還包括在所述交替層疊結(jié)構(gòu)表面形成第二含Al氮化物層的步驟。

本發(fā)明還提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：

襯底；

III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)，位于所述襯底表面；

GaN層與第一含Al氮化物層的交替層疊結(jié)構(gòu)，覆蓋于所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)表面并填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最底層為GaN層，最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括掩膜層，所述掩膜層內(nèi)形成有上下貫通的開口，所述開口內(nèi)填充有III-V族氮化物填充層；所述掩膜層及所述填充層位于所述襯底與所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間，且所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)位于所述III-V族氮化物填充層及部分所述掩膜層表面。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括III-V族氮化物層，所述III-V族氮化物層位于所述襯底與所述掩膜層之間。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)的縱截面形狀為三角形、梯形或矩形。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述交替層疊結(jié)構(gòu)中，一層所述GaN層與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)包括至少5個所述交替周期。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)在所述襯底表面呈周期性分布。

作為本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括第二含Al氮化物層，位于所述交替層疊結(jié)構(gòu)的表面。

如上所述，本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法，在形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)之后，通過外延交替生長形成GaN層與第一含Al氮化物層的交替層疊結(jié)構(gòu)，而后再在交替層疊結(jié)構(gòu)的表面外延生長所需的材料層，由于生長GaN時，可以很容易的控制生長條件使得側(cè)向生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱向的生長速度，借助GaN層可以很快將相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)連接起來，并得到表面為平面的交替層疊結(jié)構(gòu)的含Al氮化物半導(dǎo)體外延片；本發(fā)明的外延生長方法能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實施例一中提供的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備流程示意圖。

圖2至圖12顯示為本發(fā)明實施例一中提供的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法各步驟所呈現(xiàn)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13顯示為本發(fā)明實施例二中提供的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備流程示意圖。

圖14至圖18顯示為本發(fā)明實施例二中提供的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法各步驟所呈現(xiàn)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

11 襯底

12 凸條結(jié)構(gòu)

13 凸島結(jié)構(gòu)

14 交替層疊結(jié)構(gòu)

141 GaN層

142 第一含Al氮化物層

15 第二含Al氮化物層

16 III-V族氮化物層

17 掩膜層

171 開口

18 III-V族氮化物填充層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖1～圖18。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實施例一

請參閱圖1，本發(fā)明提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法至少包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。

在步驟1)中，請參閱圖1中的S1步驟及圖2，提供襯底11。

作為示例，所述襯底11可以為但不僅限于Si襯底或藍(lán)寶石襯底。所述襯底11可以為圖形化襯底，也可以為非圖形化襯底。

在步驟2)中，請參閱圖1中的S2步驟及圖3至圖9，采用選擇性生長法在所述襯底11上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

作為示例，所述III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13可以為GaN或含Al氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

作為示例，采用選擇性生長方在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13，包括以下步驟：

2-1)可以采用PECVD(等離體子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)工藝在所述襯底11表面形成掩膜層17；需要說明的是，在其他示例中，還可以現(xiàn)在所述襯底11表面形成一層III-V族氮化物層16，如圖3所示，然后再在所述III-V族氮化物層16表面形成所述掩膜層17；

2-2)通過光刻刻蝕工藝在對應(yīng)于后續(xù)要形成所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)的所述掩膜層17內(nèi)形成貫穿所述掩膜層17的開口171，如圖4所示；

2-3)在所述開口171內(nèi)填充III-V族氮化物填充層18，所述III-V族氮化物填充層18填滿所述開口171，并形成突出于所述掩膜層17表面的所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

作為示例，在步驟2-2)中，形成的所述掩膜層17的作用主要是使得后續(xù)要形成的GaN或含Al氮化物在其上不形核，或GaN或含Al氮化物在其上形核的形核功要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在GaN上的形核功。為了達(dá)到這一目的，所述掩膜層17的材料必須和GaN或含Al氮化物不浸潤、具有高溫穩(wěn)定性、不對GaN或含Al氮化物的光學(xué)性質(zhì)造成不良影響；另外，從產(chǎn)業(yè)角度考慮，所述掩膜層17的材料還必須是生長技術(shù)成熟、成本較低的材料。優(yōu)選地，本實施中，所述掩膜層17的材料可以為SiO₂或SiNx。

在一示例中，在步驟2-2)中，所述開口171可以為長條形開口，所述長條形開口的方向平行于所述III-V族氮化物層的或晶向；由于GaN的原子密排面是(0001)晶面，密排方向是方向，外延生長時，生長最快的方向就是原子密排方向，所以為了獲得最快的橫向生長速度，所述長條形開口一般平行于GaN的晶向，其橫向生長方向為晶向，是GaN原子的密排方向，生長速率最快，可以獲得最大的橫向生長速率。所述長條形開口沿所述掩膜層17的表面方向呈周期性分布，所述長條形開口的寬度以及相鄰所述長條形開口的間距可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。需要說明的是，所述長條形開口沿所述掩膜層17表面的方向呈均勻分布，即相鄰所述長條形開口之間的間距相等。

在另一示例中，在步驟2-2)中形成所述開口171之后，保留的所述掩膜層17的形狀為呈周期性間隔分布的菱形，保留的所述菱形掩膜層的四條邊都平行于GaN的晶向，這樣，在形成交替疊層結(jié)構(gòu)，4個橫向生長方向都是沿著晶向，可以得到最大的橫向生長速率。所述菱形掩膜層的尺寸及相鄰所述菱形掩膜層之間的間距可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。需要說明的是，所述菱形掩膜層沿其表面方向呈均勻分布，即相鄰所述菱形掩膜層之間的間距相等。

在又一示例中，在步驟2-2)中，所述開口171可以為呈周期性間隔分布的圖形，譬如，所述開口171可以為呈周期性間隔分布的菱形。所述菱形開口四條邊都平行于GaN的晶向，這樣，在形成交替疊層結(jié)構(gòu)，4個橫向生長方向都是沿著晶向，可以得到最大的橫向生長速率。所述開口171的尺寸及相鄰所述開口171之間的間距可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。需要說明的是，所述開口171沿所述掩膜層17表面方向呈均勻分布，即相鄰所述開口171之間的間距相等。

作為示例，在步驟2-3)中，將步驟2-2)得到的結(jié)構(gòu)置于MOCVD反應(yīng)室中，在低溫、第V/III比及高壓條件下在所述開口17內(nèi)生長填充所述III-V族氮化物填充層18，并在所述III-V族氮化物填充層18填滿所述開口171之后繼續(xù)生長形成突出于所述掩膜層17表面的所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。當(dāng)所述開口171為長條形開口時，步驟2-3)之后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖5所示；當(dāng)所述掩膜層17為菱形掩膜層時，步驟2-3)之后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖6所示；當(dāng)所述開口171為菱形開口時，步驟2-3)之后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖7所示。

作為示例，所述含Al氮化物為AlN或AlGaN。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀可以為三角形、梯形或矩形。以所述凸島結(jié)構(gòu)13為例，縱截面形狀為矩形的所述凸島結(jié)構(gòu)13如圖8所示，縱截面形狀為梯形的所述凸島結(jié)構(gòu)13如圖9所示，縱截面形狀為三角形的所述凸島結(jié)構(gòu)13如圖10所示。需要說明的是，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面的方向為沿所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的厚度方向。

在步驟3)中，請參閱圖1中的S3步驟及圖11，在所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13表面外延交替生成GaN層141與第一含Al氮化物層142以形成交替層疊結(jié)構(gòu)14，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，以將相鄰的所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13連接起來，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層142。

首先需要說明的是，圖11是以所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀為三角形作為示例。

作為示例，將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)置于MOCVD反應(yīng)室中，調(diào)節(jié)相應(yīng)的生長溫度、反應(yīng)氣體比及生長壓力等條件，采樣橫向外延生長工藝依次在所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的表面依次交替生長GaN層141及所述第一含Al氮化物層142，直至所述交替層疊結(jié)構(gòu)14填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層142。采用橫向外延生長工藝生長所述GaN層141及所述第一含Al氮化物層142的具體方法為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再累述。

作為示例，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中，設(shè)定一層所述GaN層141與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層142構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14包括至少5個所述交替周期。由于所述GaN層141的晶格常數(shù)與所述第一含Al氮化物層142的晶格常數(shù)差異較大，在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中生長足夠多的所述交替周期，有利于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中的應(yīng)力釋放，可以保證后續(xù)在其表面生長的第二含Al氮化物層不會發(fā)生開裂，從而提高了外延生長的晶體的質(zhì)量。

作為示例，所述第一含Al氮化物層142可以為AlN或AlGaN。

在生長條件下，由于Al原子在氮化物表面遷移速度慢，生長含Al的氮化物時，要使得相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13連接起來并得到平整的表面非常困難，而生長GaN時，可以很容易的控制生長條件使得其側(cè)向生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱向的生長速度，本實施例中，借助所述GaN層141可以將相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13很快連接起來，并得到表面為平面的交替層疊結(jié)構(gòu)14。本發(fā)明的外延生長方法能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

作為示例，請參閱圖12,，步驟3)之后還包括在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14表面形成第二含Al氮化物層15的步驟。

可以采用外延生長工藝在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14表面形成第二含Al氮化物層15，該工藝為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再累述。

作為示例，所述第二含Al氮化物層15可以為AlN或AlGaN。

本發(fā)明的核心在于在所述襯底11上形成周期性的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之后，通過外延交替生長的方式形成所述GaN層141與第一含Al氮化物層142的交替層疊結(jié)構(gòu)，而后再在所述交替層疊結(jié)構(gòu)的表面外延生長所需的材料層。本發(fā)明外延交替生長方式能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

實施例二

請參閱圖13，本發(fā)明提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法至少包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；

3)在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。

在步驟1)中，請參閱圖1中的S1步驟及圖14，提供襯底11。

作為示例，所述襯底11可以為但不僅限于Si襯底或藍(lán)寶石襯底。所述襯底11可以為圖形化襯底，也可以為非圖形化襯底。

在步驟2)中，請參閱圖1中的S2步驟及圖15至圖16，在所述襯底11上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

作為示例，所述III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13可以為GaN或含Al氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

作為示例，采用懸臂生長法在所述襯底11上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13，包括以下步驟：

2-1)可以將所述襯底11置于MOCVD反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng)以在所述襯底11表面形成III-V族氮化物層16；

2-2)通過刻蝕工藝刻蝕所述III-V族氮化物層16以形成所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13。

在一示例中，在步驟2-2)中，刻蝕所述III-V族氮化物層16形成所述凸條結(jié)構(gòu)12可以為長條形，如實施例一中的圖5所示，所述凸條結(jié)構(gòu)12的方向平行于所述III-V族氮化物層的或晶向；由于GaN的原子密排面是(0001)晶面，密排方向是方向，外延生長時，生長最快的方向就是原子密排方向，所以為了獲得最快的橫向生長速度，所述凸條結(jié)構(gòu)12一般平行于GaN的晶向，其橫向生長方向為晶向，是GaN原子的密排方向，生長速率最快，可以獲得最大的橫向生長速率。所述凸條結(jié)構(gòu)12沿所述襯底11的表面方向呈周期性分布，所述凸條結(jié)構(gòu)12的寬度以及相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12的間距可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。需要說明的是，所述所述凸條結(jié)構(gòu)12沿所述襯底11表面的方向呈均勻分布，即相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12之間的間距相等。

在又一示例中，在步驟2-2)中，刻蝕所述III-V族氮化物層16形成所述凸島結(jié)構(gòu)13，所述凸島結(jié)構(gòu)13可以為呈周期性間隔分布的圖形，譬如，所述凸島結(jié)構(gòu)13可以為呈周期性間隔分布的菱形，如實施例一中圖7所示。所述菱形凸島結(jié)構(gòu),四條邊都平行于GaN的晶向，這樣，在形成交替疊層結(jié)構(gòu)，4個橫向生長方向都是沿著晶向，可以得到最大的橫向生長速率。所述凸島結(jié)構(gòu)13的尺寸及相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間距可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。需要說明的是，所述凸島結(jié)構(gòu)13沿所述襯底11表面方向呈均勻分布，即相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間距相等。

作為示例，所述含Al氮化物為AlN或AlGaN。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀可以為三角形、梯形或矩形。以所述凸島結(jié)構(gòu)13為例，縱截面形狀為三角形的所述凸島結(jié)構(gòu)13如圖16所示。需要說明的是，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面的方向為沿所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的厚度方向。

在步驟3)中，請參閱圖1中的S3步驟及圖17，在所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13表面外延交替生成GaN層141與第一含Al氮化物層142以形成交替層疊結(jié)構(gòu)14，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，以將相鄰的所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13連接起來，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層142。

首先需要說明的是，圖17是以所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀為三角形作為示例。

作為示例，將步驟2)得到的結(jié)構(gòu)置于MOCVD反應(yīng)室中，調(diào)節(jié)相應(yīng)的生長溫度、反應(yīng)氣體比及生長壓力等條件，采樣橫向外延生長工藝依次在所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的表面依次交替生長GaN層141及所述第一含Al氮化物層142，直至所述交替層疊結(jié)構(gòu)14填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層142。采用橫向外延生長工藝生長所述GaN層141及所述第一含Al氮化物層142的具體方法為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再累述。

作為示例，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中，設(shè)定一層所述GaN層141與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層142構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14包括至少5個所述交替周期。由于所述GaN層141的晶格常數(shù)與所述第一含Al氮化物層142的晶格常數(shù)差異較大，在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中生長足夠多的所述交替周期，有利于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中的應(yīng)力釋放，可以保證后續(xù)在其表面生長的第二含Al氮化物層不會發(fā)生開裂，從而提高了外延生長的晶體的質(zhì)量。

作為示例，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中，所述GaN層141的厚度大于所述第一含Al氮化物層142的厚度。

作為示例，所述第一含Al氮化物層142可以為AlN或AlGaN。

在生長條件下，由于Al原子在氮化物表面遷移速度慢，生長含Al的氮化物時，要使得相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13連接起來并得到平整的表面非常困難，而生長GaN時，可以很容易的控制生長條件使得其側(cè)向生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縱向的生長速度，本實施例中，借助所述GaN層141可以將相鄰所述凸島結(jié)構(gòu)13很快連接起來，并得到表面為平面的交替層疊結(jié)構(gòu)14。本發(fā)明的外延生長方法能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

作為示例，請參閱圖18，步驟3)之后還包括采用外延生長工藝在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14表面形成第二含Al氮化物層15的步驟。

可以采用外延生長工藝在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14表面形成第二含Al氮化物層15，該工藝為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再累述。

作為示例，所述第二含Al氮化物層15可以為AlN或AlGaN。

本發(fā)明的核心在于在所述襯底11上形成周期性的Ⅲ-Ⅴ族氮化物的所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之后，通過外延交替生長的方式形成所述GaN層141與第一含Al氮化物層142的交替層疊結(jié)構(gòu)，而后再在所述交替層疊結(jié)構(gòu)的表面外延生長所需的材料層。本發(fā)明外延交替生長方式能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

實施例三

請繼續(xù)參閱圖11，本發(fā)明還提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：襯底11；掩膜層17，所述掩膜層17位于所述襯底11表面，所述掩膜層17內(nèi)形成有貫穿所述掩膜層17的開口171；III-V族氮化物填充層18，所述III-V族氮化物填充層18填充于所述開口171內(nèi)，所述III-V族氮化物填充層18的上表面與所述掩膜層17的上表面相平齊；III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13，所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13位于所述III-V族氮化物填充層18及部分所述掩膜層17表面；GaN層141與第一含Al氮化物層142的交替層疊結(jié)構(gòu)14，所述交替結(jié)構(gòu)14覆蓋于所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13表面并填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最底層為GaN層141，最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物142層。

作為示例，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括III-V族氮化物層16，所述III-V族氮化物層16位于所述襯底11與所述掩膜層17之間。圖12即為以包括所述III-V族氮化物層16的所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

作為示例，所述掩膜層17的作用主要是使得GaN或含Al氮化物在其上不形核，或GaN或含Al氮化物在其上形核的形核功要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在GaN上的形核功。為了達(dá)到這一目的，所述掩膜層17的材料必須和GaN或含Al氮化物不浸潤、具有高溫穩(wěn)定性、不對GaN或含Al氮化物的光學(xué)性質(zhì)造成不良影響；另外，從產(chǎn)業(yè)角度考慮，所述掩膜層17的材料還必須是生長技術(shù)成熟、成本較低的材料。優(yōu)選地，本實施中，所述掩膜層17的材料可以為SiO₂或SiNx。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀為三角形、梯形或矩形，圖12以縱截面的形狀為三角形的所述凸島結(jié)構(gòu)13為例。

作為示例，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中，設(shè)定一層所述GaN層141與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層142構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14包括至少5個所述交替周期。由于所述GaN層141的晶格常數(shù)與所述第一含Al氮化物層142的晶格常數(shù)差異較大，在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中生長足夠多的所述交替周期，有利于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中的應(yīng)力釋放，可以保證后續(xù)在其表面生長的其他半導(dǎo)體層不會發(fā)生開裂，從而提高了外延生長的晶體的質(zhì)量。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13在所述掩膜層17表面呈周期性分布，即所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13沿所述掩膜層17表面的方向呈均勻分布，亦即，相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間距相等；所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13分布的周期數(shù)可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。

作為示例，所述含Al氮化物為AlN或AlGaN，即所述第一含Al氮化物層142為AlN層或AlGaN層。

實施例四

請繼續(xù)參閱圖12，本發(fā)明還提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，本實施例中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與實施例三中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)大致相同，二者的區(qū)別在于，本實施例中的所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在實施例三中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)了第二含Al氮化物層15，所述第二含Al氮化物層15位于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的表面。所述第二含Al氮化物層15為AlN層或AlGaN層，且所述第二含Al氮化物層15與所述第一含Al氮化物層142的材料相同。

實施例五

請繼續(xù)參閱圖17，本發(fā)明還提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：襯底11；III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13，所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13位于所述襯底表面；GaN層141與第一含Al氮化物層142的交替層疊結(jié)構(gòu)14，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14覆蓋于所述凸條結(jié)構(gòu)12或凸島結(jié)構(gòu)13表面并填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間隙，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的最底層為GaN層141，最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層142；第二含Al氮化物層15。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13的縱截面形狀為三角形、梯形或矩形，圖12以縱截面的形狀為三角形的所述凸島結(jié)構(gòu)13為例。

作為示例，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中，設(shè)定一層所述GaN層141與與其相鄰的一層所述第一含Al氮化物層142構(gòu)成一個交替周期，所述交替層疊結(jié)構(gòu)14包括至少5個所述交替周期。由于所述GaN層141的晶格常數(shù)與所述第一含Al氮化物層142的晶格常數(shù)差異較大，在所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中生長足夠多的所述交替周期，有利于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14中的應(yīng)力釋放，可以保證在其表面生長的第二含Al氮化物層15不會發(fā)生開裂，從而提高了外延生長的晶體的質(zhì)量。

作為示例，所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13在所述III-V族氮化物層16表面呈周期性分布，即所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13沿所述III-V族氮化物層16表面的方向呈均勻分布，亦即，相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13之間的間距相等；所述凸條結(jié)構(gòu)12或所述凸島結(jié)構(gòu)13分布的周期數(shù)可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)定，此處不做限定。

作為示例，所述含Al氮化物為AlN或AlGaN，即所述第一含Al氮化物層142為AlN層或AlGaN層。

實施例六

請繼續(xù)參閱圖18，本發(fā)明還提供一種含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，本實施例中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與實施例五中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)大致相同，二者的區(qū)別在于，本實施例中的所述含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在實施例五中所述的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)了第二含Al氮化物層15，所述第二含Al氮化物層15位于所述交替層疊結(jié)構(gòu)14的表面。所述第二含Al氮化物層15為AlN層或AlGaN層，且所述第二含Al氮化物層15與所述第一含Al氮化物層142的材料相同。

綜上所述，本發(fā)明提供一種含AL氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其外延生長方法，所含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法包括以下步驟：1)提供襯底；2)在所述襯底上形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)；3)在所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)表面外延交替生成GaN層與第一含Al氮化物層以形成交替層疊結(jié)構(gòu)，所述交替層疊結(jié)構(gòu)填滿相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或所述凸島結(jié)構(gòu)之間的間隙，且所述交替層疊結(jié)構(gòu)的最頂層為上表面為平面的第一含Al氮化物層。本發(fā)明的含Al氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的外延生長方法，在形成III-V族氮化物凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)之后，通過外延交替生長形成GaN層與第一含Al氮化物層的交替層疊結(jié)構(gòu)，而后再在交替層疊結(jié)構(gòu)的表面外延生長所需的材料層，由于GaN的橫向生長速率較快，借助GaN層可以很快將相鄰所述凸條結(jié)構(gòu)或凸島結(jié)構(gòu)連接起來，并得到表面為平面的交替層疊結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的外延生長方法能夠在較低的生長溫度條件下、較短的生長時間內(nèi)得到一定厚度且表面非常平整的含Al氮化物外延片，不僅大大降低了生長成本，而且生長過程中充分的釋放了生長應(yīng)力，大大提高了外延晶體質(zhì)量。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。