具有可变晶格参数差异的超晶格外延结构的制作方法

本申请涉及功率晶体管领域，更具体地，涉及用于形成功率晶体管的超晶格外延堆叠。

背景技术：

1、电子电路通常包括晶体管，其用作调节或控制部分电路中的电流的电子开关。一种类型的晶体管是场效应晶体管，其中电压被施加到栅极端子以接通和断开晶体管。半导体沟道区布置在漏极端子和源极端子之间。当晶体管导通时，电流流过源极端子和漏极端子之间的半导体沟道区。当晶体管截止时，较少或没有电流流过源极端子和漏极端子之间的半导体沟道区。栅极端子布置在源极端子和漏极端子之间的半导体沟道区上。栅极端子上的电压产生影响半导体沟道区是否传导电流的场，因此称为“场效应晶体管”。

2、硅传统上用于制造晶体管。然而，较宽带隙的半导体材料可用于制造传导更高功率且以比硅晶体管更高的效率操作的晶体管。碳化硅(sic)、氮化铝(aln)、氧化锌(zno)和氮化镓(gan)均是可用于功率电子器件中的宽带隙半导体材料的示例。然而，使用这些材料的衬底是不可行的，因为这样是昂贵的，并且比硅衬底更难制造。因此，通常利用硅衬底的可制造性和可用性结合外延生长材料的宽带隙在硅衬底上外延生长宽带隙半导体材料以促进高功率电子器件。

3、然而，每个半导体材料具有在重复晶格点之间具有一定距离的晶体结构。半导体晶体中的这种特征距离通常称为“晶格常数”或“晶格参数”。因为距离随着晶体结构随温度膨胀和收缩而改变，所以本文中更频繁地使用术语“晶格参数”以避免在给定半导体材料的晶格“常数”可确实随温度改变的事实中的混淆。然而，在所有操作温度下，硅的晶格参数可能与较宽带隙半导体材料的晶格参数完全不同。

4、例如，当在硅衬底上生长gan时，在两种材料之间存在显著的晶格失配，这会导致gan层中的缺陷和位错。这些缺陷会降低基于gan的器件的性能，例如高电子迁移率晶体管(hemt)和发光二极管(led)。为了解决这个问题，超晶格结构通常用作硅衬底和gan层之间的缓冲层。超晶格缓冲层由具有不同带隙的两种不同材料的交替层组成，其可用于克服这两种材料之间的晶格失配，从而产生结构更稳定的器件。

5、本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述环境中操作的实施例。相反，仅提供此背景以说明可实践本文中所描述的一些实施例的一个示例性技术领域。

技术实现思路

1、提供本
技术实现要素：
以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

2、这里描述的实施例涉及在衬底上外延生长的超晶格外延结构。超晶格外延结构包括构成多个层序列的外延层。多个层序列中的每一个包括对应下层和在对应下层上外延生长的对应上层。更低外延层的晶格参数在向上移动通过超晶格外延结构时交替地更低和更高(或更高和更低)。相邻的更低和更高层中的晶格参数的差异也可以随着向上移动穿过外延结构而改变。因此，通过改变晶格参数之间的差异，可以设计在该水平耐受的应变。例如，该工程可以是这样的，即与在晶格参数的差异保持相对相同的情况下通过超晶格外延结构向上移动所发生的情况相比，在超晶格结构中进一步向下产生失配位错。这些失配位错通常结束于在外延生长期间可向上移动材料的螺旋位错。由于螺旋位错可以是导电的，这具有允许超晶格结构的上部更多地充当绝缘体的效果，从而允许超晶格结构更薄和/或允许增加工作电压。

3、仅作为示例，可以存在两种不同半导体材料的重复图案，其中可能允许两个不同层中的一个(或两个)的组成百分比在向上移动通过超晶格外延结构时改变。例如，可以存在aln和algan的重复图案，其中对于每个连续的algan层，algan层的al组成的百分比减小(从而ga组成增加)。仅作为示例，组成可以以线性方式从100％aln移动到100％gan，向上移动通过超晶格外延结构。这样做实际上将具有在超晶格结构中进一步向下偏置失配位错的效果。

4、另外的特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过实践本文的教导而获知。本发明的特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。本发明的特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加显而易见，或者可以通过如下文所述的本发明的实践来获知。

1.一种在衬底上外延生长的超晶格外延结构，所述超晶格外延结构包括由多个层序列组成的多个外延层，所述多个层序列中的每一个包括对应下层和在所述对应下层上外延生长的对应上层，

2.根据权利要求1所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的至少一些的每一个，所述下层具有不同的厚度。

3.根据权利要求1所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的至少一些的每一个，所述更高层具有不同的厚度。

4.根据权利要求1所述的超晶格外延结构，用于所述多个层序列中的每一个的所述下层由用于所述多个层序列中的每一个的第一复合材料构成，用于所述多个层序列中的每一个的所述更高层由用于所述多个层序列中的每一个的第二复合材料构成。

5.根据权利要求4所述的超晶格外延结构，用于每个下层的所述第一复合材料是具有m％aln的组成的aln和gan的复合材料(其中m是0和100之间的数)，并且用于每个更高层的第二复合材料是具有n％aln的组成的aln和gan的复合材料(其中n是0和100之间的数)，其中对于多个层序列中的每一个，其中m和n对于所述多个层序列中的至少一些中的每一个是不同的。

6.根据权利要求4所述的超晶格外延结构，用于每个下层的第一复合材料是具有m％inn的组成的inn和gan的复合材料(其中m是0和100之间的数)，并且用于每个更高层的所述第二复合材料是具有n％inn的组成的inn和gan的复合材料(其中n是0和100之间的数)，其中m和n对于所述多个层序列中的至少一些的每一个是不同的。

7.根据权利要求4所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，所述第一复合材料的组分百分比变化。

8.根据权利要求7所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，第一组分材料的组分百分比线性变化。

9.根据权利要求7所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，第一组分材料的组分百分比非线性变化。

10.根据权利要求7所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，所述第一复合材料的组分百分比单调变化。

11.根据权利要求7所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，所述第二复合材料的组分百分比变化。

12.根据权利要求11所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，第二组分材料的组分百分比线性变化。

13.根据权利要求11所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，第二组分材料的组分百分比非线性变化。

14.根据权利要求11所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，所述第二复合材料的组分百分比单调变化。

15.根据权利要求4所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续下层，所述第二复合材料的组分百分比变化。

16.根据权利要求15所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，第二组分材料的组分百分比线性变化。

17.根据权利要求15所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，第二组分材料的组分百分比非线性变化。

18.根据权利要求15所述的超晶格外延结构，对于所述多个层序列中的每个连续更高层，所述第二复合材料的组分百分比单调变化。