[實(shí)用新型]一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201620035500.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN205385025U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳一峰;陳汝欽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06
• 代理公司: 成都華風(fēng)專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 胡川

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)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(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料因其禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高、耐腐蝕和抗輻照等優(yōu)勢(shì)，特別是GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有高密度和高遷移率的二維電子氣，被譽(yù)為是研制微波功率器件的理想材料。近年來，隨著外延技術(shù)的不斷進(jìn)步，GaN外延材料的結(jié)晶質(zhì)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(guān)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(yán)重降低器件的功率特性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)，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。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)，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(dǎo)體層，所述N型GaN半導(dǎo)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(dǎo)體層之上，所述GaN器件最底層的材料與所述N型GaN半導(dǎo)體層的材料相同；其中，所述成核層與所述N型GaN半導(dǎo)體層一起，在與所述P型Si襯底接觸處形成PN結(jié)。

優(yōu)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50～1000μm；所述P型Si襯底的外延表面具有多個(gè)通孔或多個(gè)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100nm～500μm。

優(yōu)選地，所述GaN器件為高電子遷移率晶體管HEMT、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT、金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET或金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MESFET。

優(yōu)選地，所述HEMT包括由下自上層疊的GaN溝道層和Al_YGa_1-YN肖特基勢(shì)壘層，所述GaN溝道層和所述Al_YGa_1-YN肖特基勢(shì)壘層之間形成二維電子氣，所述Al_YGa_1-YN肖特基勢(shì)壘層上形成有柵極、源極和漏極，所述GaN溝道層作為所述GaN器件最底層，其中0≤Y≤1。

優(yōu)選地，所述成核層的厚度為10～1000nm，所述成核層的材料為AlN或Al_XGa_1-XN，其中0≤X≤1。

優(yōu)選地，所述N型GaN半導(dǎo)體層的厚度為20～500nm。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型的有益效果是：

1.成核層與N型GaN半導(dǎo)體層一起，在與P型Si襯底接觸處形成PN結(jié)，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；

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(zhì)量。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。

圖2是本實(shí)用新型另一實(shí)施例一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

參見圖1，是本實(shí)用新型一實(shí)施例一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)的截面示意圖。本實(shí)施例的一種硅基GaN外延結(jié)構(gòu)包括P型Si襯底1、成核層21、N型GaN半導(dǎo)體層22以及GaN器件3。

成核層21是生長在P型Si襯底1之上的N型成核層，N型GaN半導(dǎo)體層22形成在成核層21之上，GaN器件3形成在N型GaN半導(dǎo)體層22之上，GaN器件3最底層的材料與N型GaN半導(dǎo)體層22的材料相同。

其中，成核層21與N型GaN半導(dǎo)體層22一起，在與P型Si襯底1接觸處形成PN結(jié)4。

在本實(shí)施例中，P型Si襯底1為圖形化的P型高阻Si襯底。襯底厚度為50～1000μm，襯底的外延表面具有多個(gè)圓形半通孔11，孔的大小為100nm～200μm，孔的間距為100nm～500μm。根據(jù)實(shí)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。