具有電磁波防護結構的GaN基半導體器件的外延結構及制作方法與流程

本發明涉及一種GaN基半導體器件的外延結構，尤其是一種具有電磁波防護結構的GaN基半導體器件的外延結構，屬于半導體芯片制造技術領域。

背景技術：

GaN材料及器件近年來成為研究的熱點，尤其是GaN基半導體器件，而許多GaN基半導體器件工作于電磁輻射環境中。長久以來，電磁波對半導體器件的輻射效應并沒有引起人們足夠的重視。實驗證明， GaN基半導體器件經過一定強度的電磁波輻射后，其參數會發生漂移,早期失效時間縮短。這些變化都會影響半導體器件的使用可靠性，特別是一些敏感器件在高強度的電磁輻射環境中工作時，這種影響尤為突出。

以GaN基LED為例，GaN基LED的外延結構為：襯底--N型GaN --量子阱 --P型GaN，LED芯片的的PN結容易受到電磁波的輻射，PN結部位受到較強的電磁波輻射時會被破壞，會導致PN結反向漏電等異常，導致LED芯片失效。

綜上所述，GaN基半導體器件的核心部件（如PN結）在工作中容易受到從電磁波的輻射，導致整個器件失效。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種將電磁波隔離在GaN基半導體LED芯片的外延層之外的防護結構，該防護結構主要設置在襯底和外延層之間，采用III-V族化合物作為防護層，且不同化合物之間交替設置，防護層能有效隔離電磁波的輻射，防止半導體LED芯片被破壞。

為實現以上技術目的，本發明采用的技術方案是，具有電磁波防護結構的GaN基半導體LED芯片的外延結構，包括襯底和外延層，所述外延層設置在襯底上，所述外延層從下到上依次為N型GaN層、量子阱和P型GaN層，其特征在于：在襯底和外延層之間設置有防護層，所述防護層為III-V族元素組成的化合物，不同化合物為不同層，不同層之間交替設置。

進一步地，不同防護層之間交替設置的次數決定了防護層的總層數，所述防護層的總層數為2~100層。

進一步地，所述防護層每層的厚度為5~500nm。

進一步地，具有防護層結構的外延層可阻隔波長為50~5000nm的電磁波。

為了進一步實現以上技術目的，本發明還提出了具有電磁波防護結構的GaN基半導體器件的外延結構的制作方法，包括如下步驟：

步驟一. 提供一襯底，所述襯底分為圖形化襯底和平面襯底；

步驟二. 在襯底上生長防護層，所述防護層至少包括第一防護層和第二防護層，所述第一防護層和第二防護層為III-V族元素組成的不同化合物，且第一防護層和第二防護層依次交替生長，完成防護層的生長；

步驟三. 在防護層上依次生長N型GaN層、量子阱和P型GaN層，完成外延層的生長；

進一步地，所述防護層生長的條件為：在500℃～1100℃下，沉積5~30min，參與生長的物質配比為，III族元素源的流量為30~160sccm，V族元素氣體源的流量為20~160L/min，N₂的流量為30~150L/min，H₂的流量為5~120L/min。

進一步地，所述GaN基半導體器件包括耐高壓GaN基二極管、高頻GaN基二極管、GaN基LED二極管或HEMT晶體管。

從以上描述可以看出，本發明的有益效果在于：GaN基半導體器件的外延結構通過增設防護層結構，可以有效阻擋從襯底層射入的電磁波輻射，使電磁波輻射不能到達半導體器件的核心部件（如PN結）附近，保護了GaN基半導體器件，防止了器件因電磁波影響而發生失效。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構示意圖。

圖2為本發明實施例2的結構示意圖。

圖3為本發明實施例3的結構示意圖。

圖4為本發明實施例4的結構示意圖。

附圖說明：1-襯底、2-外延層、201-N型GaN層、202-量子阱、203-P型GaN層、3-防護層、301-第一防護層、302-第二防護層、4-buffer 層。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

實施例1為襯底1為圖形化襯底，防護層3設置在襯底1和N型GaN層201之間，如圖1所示，具有電磁波防護結構的GaN基半導體LED芯片的外延結構，包括襯底1和外延層2，所述外延層2設置在襯底1上，所述外延層從下到上依次為N型GaN層201、量子阱202和P型GaN層203，其特征在于：在襯底1和N型GaN層201之間設置有防護層3，防護層3的圖形跟襯底1的圖形一致，所述防護層3包括第一防護層301和第二防護層302，所述第一防護層301為GaN層，厚度為116nm，第二防護層302為AlN，厚度為142nm，第一防護層301和第二防護層302交替設置，如此交替10次，防護層3為20層，具有該防護層5結構的外延層可阻隔波長為1060~1068nm的電磁波。

實施例2為襯底1為圖形化襯底，且襯底1上設置有buffer層4，防護層3設置在襯底1上的buffer層4和N型GaN層201之間，如圖2所示，具有電磁波防護結構的GaN基半導體LED芯片的外延結構，包括襯底1和外延層2，所述外延層2設置在襯底1上，所述外延層從下到上依次為N型GaN層201、量子阱202和P型GaN層203，其特征在于：在襯底1上設有的buffer層4，在buffer層4和N型GaN層201之間設置有防護層3，所述防護層3包括第一防護層301和第二防護層302，所述第一防護層301為GaN層，厚度為116nm，第二防護層302為AlN，厚度為142nm，第一防護層301和第二防護層302交替設置，如此交替8次，防護層3為16層，具有該防護層3結構的外延層可阻隔波長為1060~1068nm的電磁波。

實施例3為襯底1為平面襯底，且襯底1上設置有buffer層4，防護層3設置在襯底1上的buffer層4和N型GaN層201之間，如圖3所示，具有電磁波防護結構的GaN基半導體LED芯片的外延結構，包括襯底1和外延層2，所述外延層2設置在襯底1上，所述外延層從下到上依次為N型GaN層201、量子阱202和P型GaN層203，其特征在于：在襯底1上設有的buffer層4，在buffer層4和N型GaN層201之間設置有防護層3，所述防護層3包括第一防護層301和第二防護層302，所述第一防護層301為GaN層，厚度為116nm，第二防護層302為AlN，厚度為142nm，第一防護層301和第二防護層302交替設置，如此交替12次，防護層3為26層，具有該防護層3結構的外延層可阻隔波長為1060~1068nm的電磁波。

實施例4為襯底1為圖形化襯底，且襯底1上設置有buffer層4，buffer層4上設置有N型GaN層201，防護層3設置在2層N型GaN層2之間，如圖4所示，具有電磁波防護結構的GaN基半導體LED芯片的外延結構，包括襯底1和外延層2，外延層2設置在襯底1上，所述外延層從下到上依次為N型GaN層201、量子阱202和P型GaN層203，其特征在于：在襯底1上設有的buffer層4，在buffer層4上設置有N型GaN層201，所述buffer層4和N型GaN層201設置在襯底1和外延層2之間，N型GaN層201和外延層2的N型GaN層201之間設置有防護層3，所述防護層3包括第一防護層301和第二防護層302，所述第一防護層301為GaN層，厚度為116nm，第二防護層302為AlN，厚度為142nm，第一防護層301和第二防護層302交替設置，如此交替14次，防護層3為28層，具有該防護層3結構的外延層可阻隔波長為1060~1068nm的電磁波。

實施例1的具有電磁波防護結構的GaN基半導體器件的外延結構的制作方法，防護層3為兩種化合物，第一防護層301為GaN，第二防護層302為AlN，包括如下步驟：

提供一襯底1，在襯底1上生長GaN層，GaN層生長的條件為：生長溫度為550℃，沉積時間為10.5min，參與生長物質配比如下：TMGa的流量為 80sccm，N2 的流量為75L/min，NH3的流量為60L/min，H2 的流量為85L/min；GaN層上生長AlN層，AlN層生長的條件為：生長溫度580℃，沉積的時間15.1min，參與生長物質配比如下：TMAl的流量為35sccm，N2的流量為75L/min，NH3的流量為60L/min，H2的流量為 85L/min；所述GaN層和AlN層依次交替生長，交替生長的次數為10次，防護層3的總層數為20層，20層生長的時間為256min；在防護層3上依次生長N型GaN層201、量子阱202和P型GaN層203，完成外延層2的生長。

本發明的特點在于，在GaN基半導體器件的外延層和襯底之間設置防護層3，該防護層3主要為III-V族化合物，例如：AlN、GaN、InN、GaAs、InP等，所述化合物至少為2種，不同化合物為不同防護層，不同防護層之間交替設置，交替設置的次數決定防護層3的層數，不同化合物的折射率不同，能阻擋電磁波的波長不同，化合物的種類和每層防護層3的厚度決定可阻隔電磁波的波長大小；該防護結構能有效阻隔電磁波的輻射，防止GaN基半導體器件失效。

本發明的防護結構適用的GaN基半導體器件包括耐高壓GaN基二極管、高頻GaN基二極管、GaN基LED二極管或HEMT晶體管。

以上對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。