氮化镓晶体管及其制造方法与流程

本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及一种氮化镓晶体管及其制造方法。

背景技术：

作为第三代半导体材料的典型代表，氮化镓(gan)具有广泛的应用领域和发展前景，由于自然界中缺乏天然的gan衬底(gan外延的同质衬底)材料，各领域的科研工作者通常选择在异质衬底如蓝宝石衬底、碳化硅(sic)衬底或硅(si)衬底上生长gan外延层形成半导体发光器件、开关器件和传感器件等。各种异质衬底材料的特性及其与gan外延层之间的晶格匹配和热应力匹配的研究成为实现gan半导体光电器件商业化及发展和可持续发展的关键。

蓝宝石衬底生产技术相对成熟、化学稳定性好、机械强度高，成为初期半导体光电器件的首选衬底材料，蓝宝石衬底的图形化技术在一定程度上缓解了蓝宝石衬底与gan外延材料之间晶格匹配和热应力匹配的问题，但因蓝宝石衬底和gan外延材料之间晶格失配和热应力失配所引起的外延片翘曲的问题依然存在，且外延片尺寸越大，翘曲问题越突出。

硅衬底和碳化硅衬底是电和热的良导体，可向大尺寸、自动化方向发展，被认为是未来最有发展潜能的衬底。但是，硅衬底和碳化硅衬底与gan外延层之间也存在着较大的晶格失配和热应力失配，且硅衬底表面还容易发生氧化形成非晶态的氧化层，不易于形成高晶体质量的gan外延层。不仅如此，硅衬底在生长过gan外延层的金属有机化学气相沉积(metal-organicchemicalvapordeposition，mocvd)腔体中形成外延层时，会受mocvd腔体中残留的镓或镓的化合物回熔的影响，严重降低gan器件的性能和良率。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提供了一种氮化镓晶体管及其制造方法，其中，采用包含与外延层相应元素的成核层提高晶体管的可靠性和良率。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种氮化镓晶体管的制造方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成成核层；以及在所述成核层上形成外延层，所述外延层用于形成晶体管，其中，所述外延层为iii-v族化合物层，所述成核层通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与所述外延层相同的第一元素。

优选地，所述外延层由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。

优选地，所述成核层包含与所述衬底相同的第二元素。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选地，所述成核层由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，在形成成核层的步骤之前，还包括，在所述衬底上形成接触层，所述接触层位于所述衬底和所述成核层之间且与二者接触，其中，所述接触层包含与所述衬底相同的第二元素，以及与所述成核层相同的第三元素。

优选地，所述衬底为硅衬底或碳化硅衬底。

优选地，所述接触层由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少两种组成。

优选地，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氧化物，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层由氧化硅组成，所述成核层由氮氧化铝或氮氧化铝和氮化铝混合物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氮化物，

所述成核层由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氮氧化物，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的厚度为1纳米至5纳米。

优选地，所述成核层的厚度为10纳米至100纳米。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，通过控制所述溅射气体和所述工艺气体的流量及比例调节所述成核层材料中的元素种类及比例，通过控制所述溅射功率及工艺时间调节所述成核层的厚度。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，采用1000瓦特至5000瓦特的溅射功率形成所述成核层。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，采用流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟的溅射气体产生氩离子，所述溅射气体包括氩气。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，采用氩离子轰击金属靶材产生金属离子，所述金属离子与工艺气体反应，形成所述成核层。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，所述工艺气体包括氮气和/或氧气，氮气的流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟，氧气的流量为1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟。

优选地，在所述氩离子溅射高温气相沉积工艺中，工艺温度的范围包括600至700摄氏度。

优选地，所述外延层为所述氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种氮化镓晶体管，包括：衬底；成核层，位于所述衬底上；以及外延层，位于所述成核层上，所述外延层用于形成晶体管，其中，所述外延层为iii-v族化合物层，所述成核层通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与所述外延层相同的第一元素。

优选地，所述外延层由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。

优选地，所述成核层包含与所述衬底相同的第二元素。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选地，所述成核层由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，还包括接触层，所述接触层位于所述衬底和所述成核层之间且与二者接触，其中，所述接触层包含与所述衬底相同的第二元素，以及与所述成核层相同的第三元素。

优选地，所述衬底为硅衬底或碳化硅衬底。

优选地，所述接触层由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少两种组成。

优选地，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氧化物，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层由氧化硅组成，所述成核层由氮氧化铝或氮氧化铝和氮化铝混合物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氮化物，所述成核层由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的材料包括硅的氮氧化物，所述成核层由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

优选地，所述接触层的厚度为1纳米至5纳米。

优选地，所述成核层的厚度为10纳米至100纳米。

优选地，所述外延层为所述氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种。

根据本发明实施例提供的氮化镓晶体管，通过氩离子溅射高温气相沉积工艺，在衬底和外延层之间形成包含与外延层相应元素的成核层，从而减少衬底和外延层之间直接接触而产生的晶格失配和热应力失配的问题。在优选的实施例中，该外延结构还包括位于衬底和成核层之间的接触层，所述接触层包含与衬底相应的元素，以及与成核层相应的元素，从而进一步减少衬底和外延层之间直接接触而产生的晶格失配和热应力失配的问题。

根据本发明实施例提供的氮化镓晶体管的制造方法，在形成外延层之前，通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成成核层。该成核层在后续步骤中保护衬底表面，从而可以减少衬底表面易于氧化以及在金属有机化合物化学气相沉积中回熔的iii族元素或iii-v族化合物(例如，氮化镓)与衬底表面发生反应而导致的外延层晶体质量下降的问题。

与现有技术相比，本发明实施例利用氩离子溅射高温气相沉积工艺形成成核层，代替了现有技术的用mocvd工艺形成成核层的方法，由于本发明实施例利氩离子溅射高温气相沉积工艺是利用氩气在射频的作用下变成氩气等离子体，氩气等离子体轰击靶材，被击落下来的靶材材料落在衬底上或接触层上形成成核层，在形成成核层的过程中，还需要在氩离子溅射的基础上加入用于反应氧气、氮气等工艺气体与靶材材料进行化学反应，从而最终在衬底或接触层上形成成核层，因此，本发明实施例形成成核层的方法是物理反应与化学反应的结合，而正是由于物理反应与化学反应相结合，从而使得本发明实施例形成成核层相对现有技术更加致密。这是因为，仅为物理方法或仅为化学方法都不能达到这种效果，例如仅使用物理方法直接用氩离子轰击靶材，是轰击下来的材料在目标晶偏上堆积成薄膜，这种薄膜的材料与靶材的材料是相同的，不能经过化学反应发生变化，再例如，仅使用化学方法通过mocvd工艺形成成核层，例如aln，其反应物是tmal和氨气，虽然此工艺能形成氮化铝，但只有化学过程，成核层致密性偏低，同时，与溅射设备相比，mocvd设备相对较贵，成本较高。

此外，本发明实施例在氩离子溅射高温气相沉积工艺中通入适量的氧气，提高了成核层与衬底的粘黏性，而mocvd工艺设备中已经通入氢气，为防止mocvd工艺设备爆炸，不能再通入氧气，从而无法提高成核层与衬底的粘黏性。因此，本发明实施例提供的外延结构及其制造方法采用包含与外延层相应元素的成核层提高了晶体管的可靠性和良率，还降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1示出了根据本公开第一实施例氮化镓晶体管的外延结构的截面图。

图2示出了根据本公开第二实施例氮化镓晶体管的外延结构的截面图。

图3和图4分别示出了在外延结构中使用的不同类型衬底的结构示意图。

图5示出了图1的外延结构的制造方法的流程图。

图6示出了图2的外延结构的制造方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开的具体实施方式做详细的说明。在描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但是本公开还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似推广，因此本公开不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本公开结合示意图进行详细描述，在详述本公开实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本公开保护的范围。此外，在实际制造中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图1示出了根据本公开第一实施例氮化镓晶体管的外延结构的截面图。

本实施例的外延结构包括衬底101、位于衬底101上的成核层110、以及位于成核层110上的外延层120。

在本实施例中，衬底101为蓝宝石衬底，其中，蓝宝石衬底包含铝元素与氧元素，蓝宝石的分子是为al2o3。

在本实施例中，成核层110通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与外延层120相同的第一元素，同时还包含与衬底101相同的第二元素。

在一些优选实施例中，成核层110由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

在一些具体的实施例中，成核层110与衬底101相同的第二元素可以分为3类，分别为氧元素o、铝元素al以及氧元素o和铝元素al。

更具体地，当成核层110包含铝的氮化物和/或铟铝的氮化物时，第二元素为铝元素al；当成核层110包含铝的氮氧化物和/或铟铝的氮氧化物时，第二元素为铝元素al、或者氧元素o、或者铝元素al与氧元素o同时包括；当成核层110包含铟的氮氧化物时，第二元素为氧元素o。

在本实施例中，成核层110的厚度范围包括10纳米至100纳米，选择此厚度范围的原因如下。

首先，成核层110包含与衬底101相同的元素，是为了与衬底101的晶体结构更好地匹配，但是，在成核层110薄膜形成的初期阶段，薄膜质量不佳，并不能与衬底101的晶体结构很好的匹配，需要经过大约10纳米厚度的过渡，薄膜质量逐步提升，此时，成核层110与衬底101的晶体结构才可以很好的地匹配，因此成核层110厚度最好不小于10纳米。

其次，在形成成核层110需要消耗大量的时间，当成核层110的膜层厚度超过100纳米时，不仅增加了时间成本，而且对于与衬底101的晶体结构匹配并无更大好处，因此成核层110厚度最好不大于100纳米。

在一些优选的实施例中，成核层110的厚度范围包括38纳米至100纳米，选择此厚度范围的原因如下。

由于本实施例的氮化镓晶体管可以用于制作led，由于光能通过成核层110的膜层时，会被成核层110的膜层反射或吸收，而反射、吸收的程度(led的发光亮度)与光的波长存在周期性关系，为了提高led的发光亮度，一般情况下，成核层110的膜层厚度一般选择1/4波长的整数倍，但由于光在成核层110的膜层中发生反射，因此，成核层110的膜层厚度选择1/8波长的整数倍。可见光的范围大致300纳米至800纳米，所以成核层110的膜层的厚度的范围选择38纳米至100纳米。

在本实施例中，外延层120为iii-v族化合物层，由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。

第一元素包括氮元素n和/或铟元素in，在一些具体的实施例中，外延层120主要包括al(1-x)gaxn，成核层110主要包括氮化铝和/或氮氧化铝。

在本实施例中，外延层120用于形成晶体管，外延层120可以包括氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种，在一些优选实施例中，外延层120可还以包括插入层。

图2示出了根据本公开第二实施例氮化镓晶体管的外延结构的截面图。

本实施例的外延结构包括衬底101、位于衬底101上的成核层112、位于成核层112上的外延层120，以及位于衬底101和成核层112之间且与二者接触的接触层111。

在本实施例中，衬底101为硅衬底或碳化硅衬底。

在本实施例中，接触层111通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与衬底101相同的第二元素，同时还包含与成核层112相同的第三元素。接触层111的厚度为1纳米至5纳米。

在一些优选实施例中，接触层111由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少一种组成。

在一些具体的实施例中，接触层111与衬底101相同的第二元素可以分为3类，分别为氧元素o、硅元素si以及氧元素o和硅元素si。

更具体地，当接触层111包含硅的氧化物和/或硅的氮氧化物时，第二元素为氧元素o、或者硅元素si、或者氧元素o和硅元素si同时包含；当接触层111包含硅的氮化物时，第二元素为硅元素si。

在本实施例中，成核层112通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成，并且包含与外延层120相同的第一元素，同时还包含与接触层111相同的第二元素。

在一些具体的实施例中，当接触层111由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少两种组成，或者接触层111的材料包含硅的氮氧化物。那么，成核层112由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

在另一些具体的实施例中，接触层111的材料包括硅的氧化物，成核层112由铝的氧化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。更优选的，接触层111由氧化硅组成，成核层112由氮氧化铝或氮氧化铝和氮化铝混合物中的至少一种组成。

在另一些具体的实施例中，接触层111的材料包括硅的氮化物，成核层112由铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。

在本实施例中，成核层112的厚度范围包括10纳米至100纳米，更优选为38纳米至100纳米，原因与第一实施例基本相同，此处不再赘述。

在本实施例中，外延层120为iii-v族化合物层，由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。

第一元素包括氮元素n和/或铟元素in，在一些具体的实施例中，外延层120主要包括al(1-x)gaxn，成核层112主要包括氮化铝和/或氮氧化铝。

在本实施例中，外延层120用于形成氮化镓晶体管，外延层120可以包括氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种，在一些优选实施例中，外延层120可还以包括插入层。

图3和图4分别示出了在外延结构中使用的不同类型衬底的结构示意图。

如图3所示，在本公开第一与第二实施例的外延结构中使用的衬底101的类型为平衬底。在一些优选实施例中，也可以使用如图4所示的图形化衬底201。

图5示出了图1的外延结构的制造方法的流程图，下面将结合图1与图5对本实施例进行具体描述。

在步骤s101，提供衬底。下面的描述均以如图3所示的平衬底101为例，在本实施例中，衬底101为蓝宝石衬底。

在步骤s102，在衬底上生长成核层。如图1所示，将衬底101清洗干净放入用于氩离子溅射高温气相沉积工艺的设备腔体中。选择铝靶材、铟靶材或铝铟合金靶材中的至少一种作为工艺靶材，选择氩气作为溅射气体，选择氮气或氧气中的至少一种作为工艺气体，将温度升至500至1000摄氏度之间，通过控制氩离子溅射高温气相沉积工艺所用的溅射气体和工艺气体的流量及比例实现控制成核层110的材料所含元素的预定种类及比例，通过控制溅射功率及工艺时间实现成核层110的达到预定厚度，其中，成核层110既包含至少一种与外延层120相同的第一元素，还包含至少一种与衬底101相同的第二元素。

在本实施例中，成核层110的材料为铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氮氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种。在一些优选实施例中，成核层110的材料为氮化铝或氮氧化铝中的至少一种。选择铝靶材作为氩离子溅射高温气相沉积工艺中所使用的靶材，工艺的参数具体包括：工艺温度为600至700摄氏度、溅射气体氩气的流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟、工艺气体氮气的流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟、工艺气体氧气的流量为1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟、溅射功率为1000瓦特至5000瓦特。在氩离子溅射高温气相沉积工艺中，溅射功率在1000至5000瓦特之间时，流量在30至300标准毫升/分钟之间的氩气会变成氩离子，在氩离子的轰击作用下，铝靶材中的铝会以铝离子的形式逸出，在温度为600至700摄氏度之间的高温作用下，逸出的铝离子会与流量在30至300标准毫升/分钟之间的工艺氮气发生反应形成氮化铝沉积在衬底110表面，通入流量在1至10标准毫升/分钟之间的工艺氧气，有助于氮化铝与衬底100的结合，随着工艺氧气的增多，部分氮化铝还可形成氮氧化铝，在本实施例中，通过控制工艺时间在30至300秒之间，最终形成了厚度在10至100纳米之间成核层110。

在该步骤中，成核层110的材料选择如图1所示，此处不再赘述。

在步骤s103，在成核层上生长外延层。在本实施例中，通过mocvd工艺在成核层110上生长外延层120，其中，外延层120为iii-v族化合物层，由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。外延层120用于形成晶体管。在一些优选实施例中，晶体管可以是氮化镓晶体管，外延层120包括氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种，在另一些优选实施例中，外延层120还包括插入层。

在该步骤中，外延层120的材料选择如图1所示，此处不再赘述。

图6示出了图2的外延结构的制造方法的流程图，下面将结合图2与图6对本实施例进行具体描述。

在步骤s201，提供衬底。下面的描述均以如图3所示的平衬底101为例，在本实施例中，衬底101为硅衬底或碳化硅衬底。

在步骤s202，在衬底上生长接触层111。如图2所示，将衬底101清洗干净放入用于氩离子溅射高温气相沉积工艺的设备腔体中。选择铝靶材、铟靶材或铝铟合金靶材中的至少一种作为工艺靶材，选择氩气作为溅射气体，选择氮气或氧气中的至少一种作为工艺气体，将温度升至500至1000摄氏度之间，通过控制氩离子溅射高温气相沉积工艺所用的溅射气体和工艺气体的流量及比例实现控制接触层111的材料所含元素的预定种类及比例，通过控制溅射功率及工艺时间实现使接触层111的达到预定厚度，其中，接触层111既包含至少一种与成核层112相同的第三元素，还包括含至少一种与衬底101相同的第二元素。

在该步骤中，接触层111的材料选择如图2所示，此处不再赘述。

在本实施例中，接触层111由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少一种组成。在另一些优选实施例中，接触层由氧化硅组成。选择铝靶材作为氩离子溅射高温气相沉积工艺中所使用的靶材，工艺的参数具体包括：工艺温度为600至700摄氏度、溅射气体氩气的流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟、工艺气体氮气的流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟、工艺气体氧气的流量为1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟、溅射功率为1000瓦特至5000瓦特。在氩离子溅射高温气相沉积工艺中，工艺气体氧气的流量为1标准毫升每分钟至10标准毫升每分钟时，在高温环境下会与衬底101的硅材料发生反应，形成一薄层氧化硅，氧化硅的厚度与工艺温度和反应时间有关，温度越高、反应时间越长，氧化硅的膜层越厚，引入流量为30标准毫升每分钟至300标准毫升每分钟的工艺氮气不仅会降低氧化硅薄膜的形成速率还会与衬底101的硅材料形成氮化硅或氮氧化硅；溅射功率为1000至5000瓦特之间时，会在一定程度上同时影响氧化硅、氮化硅、氮氧化硅膜层的形成速率；因此接触层111由硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物中的至少一种组成。在本实施例中，通过控制工艺时间在30至300秒之间，最终形成了厚度在1至5纳米之间接触层111。

在步骤s203，在接触层上生长成核层。其中，成核层112包含与外延层120相同的第一元素。成核层112的厚度为10纳米至100纳米。在一些优选实施例中，成核层112由铝的氧化物、铝的氮化物、铝的氮氧化物、铟的氧化物、铟的氮化物、铟的氮氧化物、铟铝的氧化物、铟铝的氮化物、铟铝的氮氧化物中的至少一种组成。在另一些优选实施例中，成核层112由氮氧化铝或氮氧化铝和氮化铝混合物中的至少一种组成。

在该步骤中，成核层112的材料选择如图2所示，此处不再赘述。

继续在步骤s202中的容器中进行氩离子溅射高温气相沉积工艺，溅射功率为1000至5000瓦特之间时，流量在30至300标准毫升/分钟之间的氩气会变成氩离子，在氩离子的轰击作用下，铝靶材中的铝会以铝离子的形式逸出，在温度为600至700摄氏度之间的高温作用下，逸出的铝离子会与流量在30至300标准毫升/分钟之间的工艺氮气发生反应形成氮化铝沉积在接触层111表面，通入流量在1至10标准毫升/分钟之间的工艺氧气，有助于氮化铝与接触层111的结合，随着工艺氧气的增多，部分氮化铝还可形成氮氧化铝，在本实施例中，通过控制工艺时间在30至300秒之间，最终形成了厚度在10至100纳米之间成核层112。

在步骤s204，在成核层上生长外延层。在本实施例中，通过mocvd工艺在成核层112上生长外延层120，其中，外延层120为iii-v族化合物层，由al(1-x)gaxn、in(1-y)gayn和in(1-y)al(1-x)ga(x+y)n中的至少一种组成，其中x与y均大于零且小于等于1。外延层120用于形成晶体管。在一些优选实施例中，晶体管可以是氮化镓晶体管，外延层120包括氮化镓晶体管的缓冲层、沟道层和势垒层中的至少一种，在另一些优选实施例中，外延层120还包括插入层。

在该步骤中，外延层120的材料选择如图2所示，此处不再赘述。

根据本发明实施例提供的氮化镓晶体管的外延结构，通过氩离子溅射高温气相沉积工艺，在衬底和外延层之间形成包含与外延层相应元素的成核层，从而减少衬底和外延层之间直接接触而产生的晶格失配和热应力失配的问题。在优选的实施例中，该外延结构还包括位于衬底和成核层之间的接触层，所述接触层包含与衬底相应的元素，以及与成核层相应的元素，从而进一步减少衬底和外延层之间直接接触而产生的晶格失配和热应力失配的问题。

根据本发明实施例的提供的氮化镓晶体管的外延结构的制造方法，在形成外延层之前，通过氩离子溅射高温气相沉积工艺形成成核层。该成核层在后续步骤中保护衬底表面，从而可以减少衬底表面易于氧化以及在金属有机化合物化学气相沉积中回熔的iii族元素或iii-v族化合物(例如，氮化镓)与衬底表面发生反应而导致的外延层晶体质量下降的问题。

与现有技术相比，本发明实施例利用氩离子溅射高温气相沉积工艺形成成核层，代替了现有技术的用mocvd工艺形成成核层的方法，由于本发明实施例利氩离子溅射高温气相沉积工艺是利用氩气在射频的作用下变成氩气等离子体，氩气等离子体轰击靶材，被击落下来的靶材材料落在衬底上或接触层上形成成核层，在形成成核层的过程中，还需要在氩离子溅射的基础上加入用于反应氧气、氮气等工艺气体与靶材材料进行化学反应，从而最终在衬底或接触层上形成成核层，因此，本发明实施例形成成核层的方法是物理反应与化学反应的结合，而正是由于物理反应与化学反应相结合，从而使得本发明实施例形成成核层相对现有技术更加致密。这是因为，仅为物理方法或仅为化学方法都不能达到这种效果，例如仅使用物理方法直接用氩离子轰击靶材，是轰击下来的材料在目标晶偏上堆积成薄膜，这种薄膜的材料与靶材的材料是相同的，不能经过化学反应发生变化，再例如，仅使用化学方法通过mocvd工艺形成成核层，例如aln，其反应物是tmal和氨气，虽然此工艺能形成氮化铝，但只有化学过程，成核层致密性偏低，同时，与溅射设备相比，mocvd设备相对较贵，成本较高。

此外，本发明实施例在氩离子溅射高温气相沉积工艺中通入适量的氧气，提高了成核层与衬底的粘黏性，而mocvd工艺设备中已经通入氢气，为防止mocvd工艺设备爆炸，不能再通入氧气，从而无法提高成核层与衬底的粘黏性。因此，本发明实施例提供的外延结构及其制造方法采用包含与外延层相应元素的成核层提高了晶体管的可靠性和良率，还降低了成本。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本公开的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该公开仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本公开的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本公开以及在本公开基础上的修改使用。本公开仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。