本技術(shù)涉及半導(dǎo)體外延，特別涉及一種半導(dǎo)體外延片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、iii-v族氮化物半導(dǎo)體材料以及它們相關(guān)的合金和異質(zhì)結(jié)以其優(yōu)越的性能，在光電子和微電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用中占據(jù)著重要的地位。由于iii族氮化物一般在藍(lán)寶石或sic等異質(zhì)襯底上進(jìn)行異質(zhì)外延，不同材料之間的晶格常數(shù)和熱失配會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)或缺陷，并隨著外延層的生長(zhǎng)而向上延伸，這些位錯(cuò)在器件工作時(shí)表現(xiàn)為非輻射復(fù)合中心而影響器件效率，同時(shí)作為漏電通道引起漏電流增大而使器件迅速老化，影響器件的工作效率及壽命，制約了其在半導(dǎo)體電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種半導(dǎo)體外延片及其制備方法，目的在于解決現(xiàn)有半導(dǎo)體外延層外延生長(zhǎng)工藝中高位錯(cuò)缺陷問(wèn)題。

2、本技術(shù)采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種半導(dǎo)體外延片，包括：

4、基底；

5、第一掩膜結(jié)構(gòu)層，所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層設(shè)置在所述基底上并暴露出所述基底的部分表面；

6、第一氮化物層，所述第一氮化物層設(shè)置在所述基底暴露的表面上，所述第一氮化物層的頂面高于所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的頂面；

7、第二掩膜結(jié)構(gòu)層，所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層位于所述第一氮化物層上；

8、第二氮化物層，所述第二氮化物層覆蓋所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層，所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層為所述第二氮化物層掩蓋位錯(cuò)，且所述第二氮化物層覆蓋所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的至少部分頂面和所述第一氮化物層的外表面。

9、在一些具體實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體外延片還包括：氮化物種子層，所述氮化物種子層設(shè)置在所述第一氮化物層上并用于為第二掩膜結(jié)構(gòu)層提供成核中心。

10、在一些具體實(shí)施方式中，所述氮化物種子層的位錯(cuò)密度大于所述第一氮化物層，所述氮化物種子層的位錯(cuò)密度為1×108～1×1012cm-2；

11、優(yōu)選地，所述氮化物種子層的厚度為2～20nm，所述氮化物種子層為n型摻雜氮化物層，摻雜濃度2×1019cm-3～2×1020cm-3。

12、在一些具體實(shí)施方式中，所述第二氮化物層與所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的部分頂面之間形成有孔隙；所述孔隙的橫向尺寸為5～15nm。

13、在一些具體實(shí)施方式中，所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層為第一sin層，厚度為2～200nm；和/或，

14、所述第一氮化物層為第一gan層，厚度為10～500nm；和/或，

15、所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層為第二sin層，厚度為2～200nm；和/或，

16、所述第二氮化物層為第二gan層，厚度為1000～5000nm；和/或

17、還包括：n型氮化物層，所述n型氮化物層設(shè)置在所述第二氮化物層上，厚度為1000～8000nm；

18、氮化物發(fā)光層，所述氮化物發(fā)光層設(shè)置在所述n型氮化物層上，厚度為5～300nm；

19、p型氮化物層，所述p型氮化物層設(shè)置在所述氮化物發(fā)光層上，厚度為50～200nm。

20、一種半導(dǎo)體外延片的制備方法，包括如下步驟：

21、提供基底；

22、在所述基底上生長(zhǎng)第一掩膜結(jié)構(gòu)層并暴露出所述基底的部分表面；

23、在第一溫度、第一壓力、第一v/iii比的條件下，于所述基底暴露的表面上生長(zhǎng)第一氮化物層，所述第一氮化物層的頂面高于所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的頂面；

24、在所述第一氮化物層的頂面上生長(zhǎng)第二掩膜結(jié)構(gòu)層；

25、在第二溫度、第二壓力、第二v/iii比的條件下，于所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層上生長(zhǎng)第二氮化物層，所述第二氮化物層覆蓋所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的至少部分頂面、所述第一氮化物層的外表面、以及所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層的外表面。

26、在一些具體實(shí)施方式中，第一壓力大于第二壓力，第一v/iii比低于第二v/iii比；

27、優(yōu)選地，所述第一壓力為400～600torr，第二壓力為100～400torr，第一v/iii比為小于1000，第二v/iii比為2000～8000；

28、其中，在高壓、低v/iii比的工藝下，所述第一氮化物層凸出所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的部分形成有側(cè)壁；

29、形成所述第一氮化物層還包括：在還原性氣體的條件下，局部側(cè)壁分解形成所述第一氮化物層的平整頂面；更優(yōu)選地，v族/還原性載氣摩爾流量比1：5～1：100。

30、在一些具體實(shí)施方式中，制備方法還包括：

31、在第三溫度、高摻雜的工藝下，于所述第一氮化物層的頂面生長(zhǎng)氮化物種子層，所述氮化物種子層用于為第二掩膜結(jié)構(gòu)層提供成核中心；所述氮化物種子層的位錯(cuò)密度為1×108～1×1012cm-2；

32、所述氮化物種子層厚度為2～20nm，所述氮化物種子層為n型摻雜氮化物層，摻雜濃度2×1019cm-3～2×1020cm-3。

33、在一些具體實(shí)施方式中，在第二溫度、第二壓力、第二v/iii比的條件下，第二氮化物層的0001面生長(zhǎng)速率高于第二氮化物層的側(cè)面，且在所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層限制作用下，所述第二氮化物層與所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層的部分頂面之間形成有孔隙；其中，所述孔隙的橫向尺寸為5～15nm。

34、在一些具體實(shí)施方式中，所述第一掩膜結(jié)構(gòu)層為mocvd原位生長(zhǎng)的sin層，生長(zhǎng)條件為溫度900～1200℃、壓力50～650torr；和/或，

35、所述第一氮化物層的生長(zhǎng)條件為，第一溫度為900～1200℃；和/或，

36、所述氮化物種子層的生長(zhǎng)條件為溫度700～1000℃、壓力50～650torr；和/或，

37、所述第二掩膜結(jié)構(gòu)層的生長(zhǎng)條件為溫度900～1200℃、壓力50～650torr；和/或，

38、所述第二氮化物層的生長(zhǎng)條件為，第二溫度為900～1200℃；和/或，

39、還包括在所述第二氮化物層依次生長(zhǎng)n型氮化物層、氮化物發(fā)光層和p型氮化物層；

40、所述n型氮化物層的生長(zhǎng)條件為溫度950～1250℃、壓力50～650torr；

41、所述氮化物發(fā)光層的生長(zhǎng)條件為溫度700～1000℃、壓力100～500torr；

42、所述p型氮化物層的生長(zhǎng)條件為溫度950～1150℃、壓力100～600torr與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果至少包括：

43、本技術(shù)外延片一方面通過(guò)對(duì)第一掩膜結(jié)構(gòu)層上第一氮化物層工藝控制，使得第一氮化物層生長(zhǎng)過(guò)程中的位錯(cuò)轉(zhuǎn)向，并且為第二氮化物層提供生長(zhǎng)模板；另一方面第二掩膜結(jié)構(gòu)層屏蔽了第一掩膜結(jié)構(gòu)層外的第一氮化物層中的位錯(cuò)延伸，并且為第二氮化物層的生長(zhǎng)提供了側(cè)向生長(zhǎng)基礎(chǔ)，在第二氮化物層生長(zhǎng)過(guò)程中位錯(cuò)轉(zhuǎn)向，最終獲得高質(zhì)量的第二氮化物層。

44、本技術(shù)進(jìn)一步有益效果包括：在第二氮化物層生長(zhǎng)過(guò)程中側(cè)向生長(zhǎng)導(dǎo)致在第一掩膜結(jié)構(gòu)層和第一氮化物層之間形成孔隙結(jié)構(gòu)，釋放了后續(xù)第二氮化物層生長(zhǎng)應(yīng)力，可以增加第二氮化物層厚膜生長(zhǎng)，可適用于大尺寸襯底外延工藝生長(zhǎng)，拓展了工藝應(yīng)用。