一種硅基GaN外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及GaN異質結構技術領域，特別是涉及一種具有較高可靠性和耐擊穿特性的硅基GaN外延結構。
【背景技術】
[0002]以GaN為代表的第三代半導體材料因其禁帶寬度大、擊穿場強高、熱導率高、耐腐蝕和抗輻照等優勢，特別是GaN異質結構具有高密度和高迀移率的二維電子氣，被譽為是研制微波功率器件的理想材料。近年來，隨著外延技術的不斷進步，GaN外延材料的結晶質量也逐步提升，加上器件制造工藝的不斷成熟，GaN器件性能不斷提高。不過仍然存在一些關鍵問題制約器件性能與可靠性，如GaN緩沖層漏電問題。GaN緩沖層漏電直接使得器件的夾斷特性變差，器件擊穿電壓不高，將嚴重降低器件的功率特性。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種硅基GaN外延結構，能夠有效降低襯底與外延之間的漏電流，提高器件的可靠性和擊穿特性。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種硅基GaN外延結構，包括:P型Si襯底;成核層，所述成核層位于所述P型Si襯底之上;N型GaN半導體層，所述N型GaN半導體層位于所述成核層之上;GaN器件，所述GaN器件位于所述N型GaN半導體層之上，所述GaN器件最底層的材料與所述N型GaN半導體層的材料相同；其中，所述成核層與所述N型GaN半導體層一起，在與所述P型Si襯底接觸處形成PN結。
[0005]優選地，所述P型Si襯底為P型高阻Si襯底;所述P型Si襯底的厚度為50?ΙΟΟΟμπι;所述P型Si襯底的外延表面具有多個通孔或多個半通孔，所述孔的形狀包括圓形、橢圓、三角形以及四邊形，所述孔的間距為I OOnm?500μπι。
[0006]優選地，所述GaN器件為高電子迀移率晶體管HEMT、異質結雙極型晶體管HBT、金屬-氧化物半導體場效應晶體管MOSFET或金屬-半導體場效應晶體管MESFET。
[0007]優選地，所述HEMT包括由下自上層疊的GaN溝道層和AhGa1-Y N肖特基勢皇層，所述GaN溝道層和所述AhGa1-Y N肖特基勢皇層之間形成二維電子氣，所述AhGa1-Y N肖特基勢皇層上形成有柵極、源極和漏極，所述GaN溝道層作為所述GaN器件最底層，其中O < Y < I。
[0008]優選地，所述成核層的厚度為10?lOOOnm，所述成核層的材料為AlN或AlxGa1-ΧΝ，其中I。
[0009]優選地，所述N型GaN半導體層的厚度為20?500nm。
[0010]區別于現有技術的情況，本實用新型的有益效果是:
[0011]1.成核層與N型GaN半導體層一起，在與P型Si襯底接觸處形成PN結，有利于減少來自襯底和成核層的漏電流，提高GaN器件的可靠性和擊穿特性；
[0012]2.利用高阻的圖形化硅襯底降低襯底與外延處界面的缺陷，有利于提高外延生長質量。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型實施例一種硅基GaN外延結構的截面示意圖。
[0014]圖2是本實用新型另一實施例一種硅基GaN外延結構的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0016]參見圖1，是本實用新型一實施例一種硅基GaN外延結構的截面示意圖。本實施例的一種硅基GaN外延結構包括P型Si襯底1、成核層21、N型GaN半導體層22以及GaN器件3。
[0017]成核層21是生長在P型Si襯底I之上的N型成核層，N型GaN半導體層22形成在成核層21之上，GaN器件3形成在N型GaN半導體層22之上，GaN器件3最底層的材料與N型GaN半導體層22的材料相同。
[0018]其中，成核層21與N型GaN半導體層22—起，在與P型Si襯底I接觸處形成PN結4。
[0019]在本實施例中，P型Si襯底I為圖形化的P型高阻Si襯底。襯底厚度為50?ΙΟΟΟμπι，襯底的外延表面具有多個圓形半通孔11，孔的大小為10nm?200μηι，孔的間距為10nm?500μπι。根據實際工藝需求，襯底上的圖形也可以是三角形、橢圓形或四邊形，襯底上的孔也可以是通孔，孔可以是均勻分布也可以是自由分布，孔可以布滿外延表面也可以不布滿外延表面。
[0020]在本實施例中，成核層21的厚度為10?lOOOnm，成核層的材料為AlN或AlxGai—xN，其中UN型GaN半導體層的厚度為20?500nm，摻雜濃度小于或等于5X1017cnf3。
[0021 ] 本實施例的GaN器件3可以是高電子迀移率晶體管HEMT、異質結雙極型晶體管HBT、金屬-氧化物半導體場效應晶體管MOSFET或金屬-半導體場效應晶體管MESFET。
[0022]例如，參見圖2，是本實用新型另一實施例一種硅基GaN外延結構的截面示意圖。本實施例的硅基GaN外延結構中，GaN器件3為HEMT，該HEMT包括由下自上層疊的GaN溝道層和AlYGa1-YN肖特基勢皇層，GaN溝道層和AlYGa1-Y N肖特基勢皇層之間形成二維電子氣，AlvGa1-Y N肖特基勢皇層上形成有柵極G、源極S和漏極D;其中，GaN溝道層為GaN器件最底層。
[0023]通過上述方式，本實用新型實施例的一種硅基GaN外延結構利用P型高阻Si襯底與N型GaN外延層形成PN結，利用PN結的耗盡區降低GaN器件的漏電流，提高GaN器件的擊穿等特性。同時，圖形化的Si襯底還可以降低襯底與外延處界面的缺陷，有利于提高外延生長質量。
[0024]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種娃基GaN外延結構，其特征在于，包括: P型Si襯底； 成核層，所述成核層位于所述P型Si襯底之上； N型GaN半導體層，所述N型GaN半導體層位于所述成核層之上； GaN器件，所述GaN器件位于所述N型GaN半導體層之上，所述GaN器件最底層的材料與所述N型GaN半導體層的材料相同； 其中，所述成核層與所述N型GaN半導體層一起，在與所述P型Si襯底接觸處形成PN結。2.根據權利要求1所述的硅基GaN外延結構，其特征在于，所述P型Si襯底為P型高阻Si襯底;所述P型Si襯底的厚度為50?ΙΟΟΟμπι;所述P型Si襯底的外延表面具有多個通孔或多個半通孔，所述孔的形狀包括圓形、橢圓、三角形以及四邊形，所述孔的間距為10nm?500μmD3.根據權利要求2所述的硅基GaN外延結構，其特征在于，所述GaN器件為高電子迀移率晶體管HEMT、異質結雙極型晶體管HBT、金屬-氧化物半導體場效應晶體管MOSFET或金屬-半導體場效應晶體管MESFET。4.根據權利要求3所述的硅基GaN外延結構，其特征在于，所述HEMT包括由下自上層疊的GaN溝道層和AhGa1-Y N肖特基勢皇層，所述GaN溝道層和所述AhGa1-Y N肖特基勢皇層之間形成二維電子氣，所述AhGa1-Y N肖特基勢皇層上形成有柵極、源極和漏極，所述GaN溝道層作為所述GaN器件最底層，其中O ^ Y ^ I。5.根據權利要求1?4任一所述的硅基GaN外延結構，其特征在于，所述成核層的厚度為10?lOOOnm，所述成核層的材料為AlN或AlxGa1-xN，其中O < X < I。6.根據權利要求1?4任一所述的娃基GaN外延結構，其特征在于，所述N型GaN半導體層的厚度為20?500nmo
【專利摘要】本實用新型提供了一種硅基GaN外延結構，包括P型Si襯底、位于P型Si襯底之上的成核層、位于成核層之上的N型GaN半導體層以及位于N型GaN半導體層之上的GaN器件，GaN器件最底層的材料N型GaN半導體層的材料相同；其中，成核層與N型GaN半導體層一起，在與P型Si襯底接觸處形成PN結。通過上述方式，本實用新型能夠利用PN結的空間耗盡區，減少GaN器件的漏電流，提高GaN器件的性能，如擊穿特性等。
【IPC分類】H01L29/06
【公開號】CN205385025
【申請號】CN201620035500
【發明人】陳 峰, 陳一峰, 陳汝欽
【申請人】成都海威華芯科技有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年1月14日