本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種用于氮化物外延生長的疊層基板及其形成方法。
背景技術：
作為第三代半導體，氮化鎵具有優異和獨特的電學和光學特性，如寬直接帶隙、高熱導率、大擊穿電場強度、耐高溫高壓、抗腐蝕、抗輻射等，適合應用于條件惡劣的環境中。氮化鎵基材料可用于紫外/藍色/綠色發光二極管(LED)、激光器、光探測器和高頻、高效、高壓、大功率高電子遷移率晶體管(HEMT)等領域。
由于缺乏同質氮化鎵和氯化鋁單晶襯底，氮化鎵通常異質外延生長在藍寶石、碳化硅、硅、氧化鋅等襯底上。由于氮化鎵和上述襯底之間存在晶格常數和熱膨脹系數的不匹配，導致在硅襯底上外延形成的氮化鎵外延層易產生裂紋和大量位錯或缺陷，晶體質量較差，造成載流子泄漏和非輻射復合中心的增多，降低了器件的內量子效率，影響了器件水平的提高。
緩沖中間層技術是氮化物異質外延的關鍵技術，它直接影響外延層的晶體質量和特性參數。目前，氮化鎵生長采用的緩沖中間層有低溫氮化鎵層、低溫氮化鋁層、高溫氮化鋁層、3C-碳化硅層、氧化鋅層等。如藍寶石襯底的氮化鎵外延，目前通常采用的方法是低溫生長氮化物成核層技術。緩沖中間層使氮化鎵在其上進行二維生長，應力減少，并抑制外延缺陷向上延伸。因此，材料的晶體質量得以提高。
但是，目前采用高溫生長工藝形成的氮化鎵層的缺陷較多，因此，還需要提供新的緩沖中間層，以便提高高溫生長形成的氮化物的晶體質量。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于氮化物外延生長的疊層基板及其形成方法，以提供一種適于高溫生長高質量氮化物層的緩沖中間層。
為了解決上述問題，本發明提供了一種用于氮化物外延生長的疊層基板，包括：至少一組堆疊結構，所述堆疊結構包括氮化鉿層和氮化鋁層，所述氮化鉿層和氮化鋁層相互堆疊；所述疊層基板具有六方晶體結構。
可選的，所述氮化鉿層的厚度為1nm～500nm；所述氮化鋁層的厚度為1nm～500nm。
可選的，所述堆疊結構的數量為1～500組。
可選的，所述堆疊結構位于半導體襯底表面。
可選的，所述外延生長的工藝包括金屬有機化學氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延。
未解決上述問題，本發明的技術方案還提供一種用于氮化物外延生長的疊層基板的形成方法，包括：采用真空沉積工藝形成至少一組堆疊結構，所述堆疊結構包括氮化鉿層和氮化鋁層，所述氮化鉿層和氮化鋁層相互堆疊，使得形成的疊層基板具有六方晶體結構。
可選的，所述真空沉積工藝包括離子束沉積工藝、磁控濺射工藝或原子層外延工藝。
可選的，所述氮化鉿層的厚度為1nm～500nm；所述氮化鋁層的厚度為1nm～500nm。
可選的，形成1～500組所述堆疊結構。
可選的，在半導體襯底上形成所述堆疊結構。
本發明的疊層基板包括堆疊的氮化鉿層和氮化鋁層，由于所述氮化鉿層和氮化鋁層之間的失配應變協調作用，使得所述疊層基板具有六方晶體結構，與氮化鎵等其他金屬氮化物半導體材料的晶格結構一致，從而在所述疊層基板表面外延生長氮化物層，能夠有效緩解半導體襯底與外延層之間的應力，避免了裂紋的產生和晶體質量的惡化，從而提高所述氮化物層的質量。并且，所述氮化鉿層和氮化鋁層的高溫穩定性好，在采用高溫生長工藝在所述疊層基板表面形成氮化物層時，能夠有效阻擋氮化物外延層與所述半導體襯底發生界面化學反應或界面成分互擴散的現象，具有很好的雜質阻擋作用。
本發明的疊層基板的形成方法，依次形成相互堆疊的氮化鉿層和氮化鋁層作為疊層基板。所述疊層基板適于作為高溫生長氮化物外延層的基底，能夠有效緩解半導體襯底與氮化物外延層之間的應力，避免了氮化物外延層內裂紋的產生和晶體質量的惡化，從而提高所述氮化物層的質量。
附圖說明
圖1為本發明一具體實施方式的用于氮化物外延生長的疊層基板的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明提供的用于氮化物外延生長的疊層基板及其形成方法的具體實施方式做詳細說明。
請參考圖1，為本發明一具體實施方式的用于氮化物外延生長的疊層基板的結構示意圖。
所述疊層基板200包括：至少一組堆疊結構，所述堆疊結構包括氮化鉿層201和氮化鋁層202，所述氮化鉿層201和氮化鋁層202相互堆疊；并且，所述疊層基板200具有六方晶體結構。
在本發明的具體實施方式中，所述氮化鉿層201的厚度為1nm～500nm；所述氮化鋁層202的厚度為1nm～500nm。所述氮化鉿層201和氮化鋁層202的厚度可以相同，也可以分別具有不同的厚度。
所述堆疊結構內具有一氮化鉿層201和位于所述氮化鉿層201表面的氮化鋁層202。在本發明的具體實施方式中，所述堆疊結構的數量為1～500組，即所述疊層基板具有1～500層氮化鉿201層、對應的具有相同層數的氮化鋁202層。如圖1中所示，所述疊層基板200具有三組堆疊結構，即所述疊層基板200包括三層氮化鉿層201、三層氮化鋁層202，且所述氮化鉿層201和氮化鋁層202間隔堆疊。
在該具體實施方式中，所述疊層基板200位于半導體襯底100表面，作為所述半導體襯底100以及待形成的氮化物層之間的緩沖中間層。所述半導體襯底100包括硅襯底、鍺襯底或鍺硅襯底等。與所述半導體襯底100表面直接接觸的可以是氮化鉿層201，也可以是氮化鋁層202。
所述疊層基板200中，由于所述氮化鉿層201和氮化鋁層202之間的失配應變協調作用，使得所述疊層基板200具有六方晶體結構，與氮化鎵等其他金屬氮化物半導體材料的晶格結構一致，從而在所述疊層基板200表面外延生長氮化物層，能夠有效緩解半導體襯底100與外延層之間的應力，避免了裂紋的產生和晶體質量的惡化，從而提高所述氮化物層的質量。并且，所述氮化鉿層201和氮化鋁層202的高溫穩定性好，在采用高溫生長工藝在所述疊層基板200表面形成氮化物層時，能夠有效阻擋氮化物外延層與所述半導體襯底100發生界面化學反應或界面成分互擴散的現象，具有很好的雜質阻擋作用。
因此，所述疊層基板200適合作為高溫外延生長氮化物外延層的基底。所述外延生長的工藝包括金屬有機化學氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延等。在所述疊層基板200上形成的氮化物層，例如氮化鎵層，表面平整，位錯數量較少，晶體質量高，可以用于光電和電子結構材料的外延生長。
本發明的具體實施方式還提供一種上述疊層基板的形成方法，包括：采用真空沉積工藝形成至少一組堆疊結構，所述堆疊結構包括氮化鉿層和氮化鋁層，所述氮化鉿層和氮化鋁層相互堆疊，使得形成的疊層基板具有六方晶體結構。
在本發明的一個具體實施方式中，在半導體襯底上形成所述堆疊結構。所述真空沉積工藝包括離子束沉積工藝、磁控濺射工藝或原子層外延工藝。形成所述氮化鉿層的厚度為1nm～500nm；所述氮化鋁層的厚度為1nm～500nm，可以依次在所述半導體襯底表面形成氮化鉿層和氮化鋁層，最終形成1～500組所述堆疊結構。
在本發明的一個實施例中，采用8英寸的硅襯底作為半導體襯底，晶向為<111>，首先依次將硅襯底進行有機溶劑清洗、氫氟酸腐蝕、去離子水沖洗及氮氣烘干，使所述硅襯底表面徹底清潔。然后將清潔好的所述硅襯底放入原子層外延工藝的沉積腔內，真空度為1×10-4Pa，進行原子層外延沉積，硅襯底溫度250℃～700℃，依次在硅襯底表面沉積一層氮化鋁層、在層疊一層氮化鉿層，依次循環沉積，形成疊層基板。在沉積氮化鋁層時，氫氣和氮氣為載氣，流量為10slm～80slm；N源為NH3，流量為20slm～80slm，例如50slm；鋁源為三甲基鋁等具有鋁元素的氣體，流量為20slm～80slm；生長壓力為100mbar～800mbar。在沉積氮化鉿層時，將上述鋁源替換為鉿源，例如四氯化鉿等含鉿元素的氣體，流量為20slm～80slm。
在一個實施例中，形成的氮化鋁的厚度為2nm，氮化鉿的厚度為5nm，共形成20個堆疊結構，即20層氮化鋁、20層氮化鉿，總厚度為140nm。
上述方法形成的疊層基板，由于所述氮化鉿層和氮化鋁層之間的失配應變協調作用，使得所述疊層基板具有六方晶體結構，適于作為高溫外延生長氮化物層的基底。可以將所述疊層基板置于金屬有機物化學氣相沉積爐中，采用金屬有機物化學氣相沉積工藝在所述疊層基板表面外延生長氮化鎵外延層，其中，溫度為100℃～1110℃，N源為氨氣，流量為50slm；氫氣和氮氣為載氣，流量10slm～80slm；生長壓力為100mbar～800mbar，三甲基鎵作為鎵源。在其他具體實施方式中，所述氮化物層的外延生長工藝還可以為金屬有機化學氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延等高溫外延生長工藝。
由于所述疊層基板的晶格結構與氮化鎵等其他金屬氮化物半導體材料的晶格結構一致，從而在所述疊層基板表面外延生長氮化物層，能夠有效緩解半導體襯底與外延層之間的應力，避免了裂紋的產生和晶體質量的惡化，從而提高所述氮化物層的質量。并且，所述氮化鉿層和氮化鋁層的高溫穩定性好，在采用高溫生長工藝在所述疊層基板表面形成氮化物層時，能夠有效阻擋氮化物外延層與所述半導體襯底發生界面化學反應或界面成分互擴散的現象，具有很好的雜質阻擋作用。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。