本实用新型涉及半导体材料领域，具体涉及一种氮化镓外延芯片。
背景技术：
目前iii/v族氮化物半导体材主要有gan(氮化镓)、ingan(氮化铟镓)和algan(氮化铝镓)。这类材料被应用在光电器件、半导体激光器件、发光二极体、高电子迁移率电晶体等。氮化物半导体材料的能隙特性，可在1.9到6.2ev之间做连续性调变(非阶段性)。其具有良好的物理，化学稳定性和高饱和电子迁移率，是大功率、高频、发光器件的理想材料。
氮化镓单晶体不存在自然界，没办法从自然界中取得，所以要人工制造。目前的制造方法就是找一种单晶材料当基础，称衬底基板，然后在衬底基板上再生长氮化镓薄膜。因为衬底材料的不同，没办法完美的匹配。热膨胀时易发生龟裂，衬底材料的位错会被带进氮化镓层然后被放大。所以有研究提出了在这中间利用其他材料生长出多一层的氮化铝aln缓冲层来解决问题。
现有的缓冲层很难生长出1微米或以上厚度的氮化镓gan，同时得到氮化镓gan晶格层中原子的排列错位密度(dislocationdensities)在5x108/cm2以下的质量。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种氮化镓晶体外延片，其在保证氮化镓晶格排列错位密度的情况下，能够提高氮化镓的的生长厚度。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种氮化镓外延芯片，其包括衬底、种子层、缓冲层和氮化镓外延层，所述种子层设于衬底上，所述缓冲层设于种子层和氮化镓外延层之间；
所述缓冲层包括一组以上的复合层，所述复合层包括alxga1-xn层和超级晶格层，所述超级晶格层和alxga1-xn层由种子层向氮化镓外延层依次叠加；
所述超级晶格层由氮化铝层和氮化镓层复合形成，所述氮化铝层和氮化镓层由种子层向氮化镓外延层方向交替堆叠；所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y。
所述超级晶格层中，氮化铝层与其相邻的一氮化镓层形成一铝镓对，每组超级晶格层包括多个铝镓对，各铝镓对的氮化铝层和氮化镓层厚度比为相同，且为y。
所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的堆叠层数为20层以上。
所述超级晶格层的氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y为0.2-1.9。
所述alxga1-xn层的x值为0.2-0.85。
所述缓冲层包括两组以上的复合层，各组复合层中alxga1-xn层的x值由种子层向氮化镓外延层方向依次减少，各组复合层中超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y由种子层向氮化镓方向逐渐减小。
所述缓冲层中每一复合层的alxga1-xn层的x值等于该复合层的超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y的两倍，即y＝2x。
所述缓冲层中各复合层的超级晶格层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小，各复合层的alxga1-xn层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小。
所述缓冲层的每一复合层中，alxga1-xn层的厚度小于超级晶格层厚度。
所述缓冲层的每一复合层厚度为100-800nm。
所述种子层为氮化铝层，其厚度为100-200nm。
采用上述方案后，本实用新型在衬底和氮化镓外延层之间增设了种子层和缓冲层，用于改善氮化镓与衬底之间的晶格系数、热膨胀系数等特性的匹配性。具体地，缓冲层由一组以上复合层构成，而每组复合层由alxga1-xn层和超级晶格层构成，通过改变alxga1-xn层和超级晶格层的铝占比，使铝占比逐渐减少，镓占比逐渐增多，从而提高衬底与氮化镓的晶格系数匹配度，从而保证氮化镓晶格排列错位密度的情况下，能够提高氮化镓的生长厚度。
附图说明
图1为本实用新型氮化镓外延芯片结构示意图；
图2为本实用新型缓冲层中超级晶格sl和alxnga1-xnn复合层组合示意图。
标号说明：
衬底1；种子层2；氮化镓外延层3；缓冲层4；复合层41；超级晶格层411；alxga1-xn层412。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型揭示了一种氮化镓外延芯片，其可以是高绝缘氮化镓、p型氮化镓或n型氮化镓。该氮化镓外延芯片包括衬底1、种子层2、缓冲层4和氮化镓外延层3，其中，种子层2设于衬底1上，缓冲层4设于种子层2和氮化镓外延层3之间。本实用新型在衬底1和氮化镓外延层3之间增设了种子层2和缓冲层4，用于改善氮化镓与衬底1之间的晶格系数、热膨胀系数等特性的匹配性。
如图1和图2所示，所述缓冲层4包括一组以上的复合层41，所述复合层41包括alxga1-xn层412和超级晶格层411，所述超级晶格层411和alxga1-xn层412由种子层2向氮化镓外延层3依次叠加；所述超级晶格层411由氮化铝层和氮化镓层复合形成，所述氮化铝层和氮化镓层由种子层2向氮化镓外延层3方向交替堆叠；所述超级晶格层411中氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y。
每一超级晶格层411中，氮化铝层和氮化镓层的堆叠层数为20层以上。氮化铝层与其相邻的一氮化镓层形成一铝镓对，每组超级晶格层411包括多个铝镓对，各铝镓对的氮化铝层和氮化镓层厚度比为相同，且为y，其取值为0.2-1.9。而符合层中的alxga1-xn层412的x值为0.2-0.85。
当缓冲层4包括两组以上的复合层41时，各组复合层41中alxga1-xn层412的x值由种子层2向氮化镓外延层3方向依次减少，各组复合层41中超级晶格层411的氮化铝和氮化镓厚度比y由种子层2向氮化镓方向逐渐减小。缓冲层4中每一复合层41的alxga1-xn层412的x值等于该复合层41的超级晶格层411的氮化铝和氮化镓厚度比y的两倍，即y＝2x。
进一步地，缓冲层4中各复合层41的超级晶格层411厚度由种子层2向氮化镓外延层3方向逐渐减小，各复合层41的alxga1-xn层412厚度由种子层2向氮化镓外延层3方向逐渐减小。且缓冲层4的每一复合层41中，alxga1-xn层412的厚度小于超级晶格层411厚度。
所述缓冲层4的每一复合层41厚度为100-800nm。所述种子层2为氮化铝层，其厚度为100-200nm。
上述氮化镓外延芯片的制备方法为：在衬底1上依次生长种子层2、缓冲层4和氮化镓外延层3，所述缓冲层4包括n组复合层41，而所述复合层41包括alxga1-xn层412和超级晶格层411，具体生长过程如下：
在衬底1上生长氮化铝种子层2；衬底1可以使用al2o3衬底1、sic衬底1或si衬底1。
在种子层2上交替堆叠20层以上的氮化铝层和氮化镓层，形成第一组复合层41的超级晶格层411；在超晶格层上继续生长alx1ga1-x2n层；
在第一组复合层41的alx1ga1-x1n层上继续交替堆叠20层以上的氮化铝层和氮化镓层，形成第二组复合层41的超级晶格层411；在超晶格层上继续生长alx2ga1-x2n层；
继续生长超级晶格层411和alxga1-xn层412，直到形成第n组的超级晶格层411和alxnga1-xnn层。
在alxnga1-xnn层上生长氮化镓外延层3。
上述种子层2、缓冲层4和氮化镓外延层3的生长方法为氢化物气相外延法、分子束外延法或有机金属化学气相沉积法。
为详尽本实用新型内容，以下将列举几个实施例进行详述，这些实施例中，种子层2、缓冲层4和氮化镓外延层3的生长采用有机金属化学气相沉积法m0cvd。
实施例一
本实施例中，氮化镓外延芯片包括衬底1、种子层2、缓冲层4和氮化镓外延层3，缓冲层4包括一组复合层41，该复合层41则包括超级晶格层411和alxga1-xn层412，超级晶格层411连接种子层2，alxga1-xn层412连接氮化镓外延层3。超级晶格层411中堆叠的氮化镓和氮化铝的层数为25层，氮化镓和氮化铝的厚度比y为1.8，而alxga1-xn层412的x为0.9。本实施例中超级晶格层411的厚度是90nm、alxga1-xn层412的厚度为70nm。
该实施例中，氮化镓外延层3的生长厚度为1.2μm，位错缺陷密度为1x108cm2，无裂纹等其他现象。
实施例二
与实施例一不同的是，本实施例的缓冲层4包括两组复合层41，即第一复合层和第二复合层，第一复合层连接种子层2，第二复合层连接氮化镓外延层3。第一复合层和第二复合层的超级晶格层411堆叠的氮化铝和氮化镓层数为20层，第一复合层的alxga1-xn层412为alx1ga1-x1n层，第二复合层的alxga1-xn层412为alx2ga1-x2n层。第一复合层的超级晶格层411的氮化镓和氮化铝的厚度比y1为1.8，alx1ga1-x1n层的x1为0.9。第一复合层的超级晶格的氮化镓和氮化铝的厚度比y1为1.4，alx1ga1-x1n层的x1为0.7。第一复合层的超级晶格层411厚90nm、alx1ga1-x1n层厚80nm、第二复合层的超级晶格层411的厚度70nm、alx2ga1-x2n层厚60nm。
该实施例中，氮化镓外延层3的生长厚度1.35μm、位错缺陷密度5x107cm2，无裂纹等其他现象。
实施例三
与实施例二不同的是，本实施例的复合层41还包括第三复合层，第三复合层的超级晶格层411堆叠的氮化铝和氮化镓层数为20层。该第三复合层的超级晶格层411的氮化镓和氮化铝的厚度比y3为1.2，alx3ga1-x3n层的x3为0.6。第一复合层的超级晶格层411的厚度为90nm、alx1ga1-x1n层厚80nm；第二复合层的超级晶格层411的厚度为70nm、alx2ga1-x2层厚60nm；第三复合层的超级晶格层411的厚度为60nm、alx3ga1-x3n层厚30nm。
该实施例中，氮化镓外延层3的生长厚度为1.5μm、位错缺陷密度为5x107cm2，无裂纹等其他现象。
实施例四
与实施例三不同的是，本实施例复合层41还包括第四复合层和第五复合层，第四复合层和第五复合层的超级晶格层411堆叠的氮化铝和氮化镓层数为20层。第四复合层的超级晶格层411的氮化镓和氮化铝的厚度比y4为0.8，alx4ga1-x4n层的x4为0.4。第五复合层的超级晶格层411的氮化镓和氮化铝的厚度比y5为0.6，alx5ga1-x5n层的x5为0.3。第一复合层的超级晶格层411的厚度为90nm、alx1ga1-x1n层厚度为80nm，第二复合层的超级晶格层411的厚度为80nm、alx2ga1-x2n层厚度50nm，第三复合层的超级晶格层411的厚度为60nm、alx3ga1-x3n层厚度为40nm，第四复合层的超级晶格层411的厚度为50nm、alx3ga1-x3n层厚度为30nm，第五复合层的超级晶格层411的厚度为40nm、alx3ga1-x3n层厚度为20nm。
该实施例中，氮化镓外延层3的生长厚度为2μm、位错缺陷密度为5x107cm2，无裂纹等其他现象。
将上述实施例与现有技术(对比例1和对比例2)进行比对，其比对结果如表1所示。
表1
表1的对比例1和2为现有的氮化镓外延芯片，其在衬底1和氮化镓外延层3之间仅设置了种子层2，通过该对比例1和2可知，当氮化镓外延层3的生长厚度为0.05μm时，其位错缺陷密度为5x1010/cm2；当氮化镓外延层3的生长厚度增加至0.15μm时,氮化镓外延层3混出现裂纹。
而本实用新型各实施例的氮化镓外延芯片的氮化镓外延层3的生长厚度均在1μm以上，且保证位错缺陷密度均保持在5x108/cm2以下，不会出现裂纹。与现有技术相比，本实用新型的氮化镓外延层3的生长厚度以及其晶格排列错位密度的质量均得到有效提升。
以上所述，仅是本实用新型实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
1.一种氮化镓外延芯片，其特征在于：包括衬底、种子层、缓冲层和氮化镓外延层，所述种子层设于衬底上，所述缓冲层设于种子层和氮化镓外延层之间；
所述缓冲层包括一组以上的复合层，所述复合层包括alxga1-xn层和超级晶格层，所述超级晶格层和alxga1-xn层由种子层向氮化镓外延层依次叠加；
所述超级晶格层由氮化铝层和氮化镓层复合形成，所述氮化铝层和氮化镓层由种子层向氮化镓外延层方向交替堆叠；所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述超级晶格层中，氮化铝层与其相邻的一氮化镓层形成一铝镓对，每组超级晶格层包括多个铝镓对，各铝镓对的氮化铝层和氮化镓层厚度比为相同，且为y。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述超级晶格层中氮化铝层和氮化镓层的堆叠层数为20层以上。
4.根据权利要求1所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述超级晶格层的氮化铝层和氮化镓层的厚度比为y为0.2-1.9。
5.根据权利要求1所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述缓冲层包括两组以上的复合层，各组复合层中alxga1-xn层的x值由种子层向氮化镓外延层方向依次减少，各组复合层中超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y由种子层向氮化镓方向逐渐减小。
6.根据权利要求1或5所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述缓冲层中每一复合层的alxga1-xn层的x值等于该复合层的超级晶格层的氮化铝和氮化镓厚度比y的两倍，即y=2x。
7.根据权利要求5所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述缓冲层中各复合层的超级晶格层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小，各复合层的alxga1-xn层厚度由种子层向氮化镓外延层方向逐渐减小。
8.根据权利要求7所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述缓冲层的每一复合层中，alxga1-xn层的厚度小于超级晶格层厚度。
9.根据权利要求1所述的一种氮化镓外延芯片，其特征在于：所述缓冲层的每一复合层厚度为100-800nm；所述种子层为氮化铝层，其厚度为100-200nm。
技术总结