[發(fā)明專利]低電磁損耗的硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111834344B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉志宏;宋昆璐;張進成;劉俊偉;郝璐;周弘;趙勝雷;張葦杭;段小玲;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L23/66
• 分類號: H01L23/66;H01P3/00;H01P11/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發(fā)明公開了一種低電磁損耗的硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線及其制備方法，該硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線包括硅襯底；三族氮化物外延層，設置在硅襯底的上表面；高頻信號金屬電極，設置在三族氮化物外延層的上表面；接地金屬電極，設置在高頻信號金屬電極的兩側和/或硅襯底的下表面，其中，在硅襯底與三族氮化物外延層之間包括內部空腔，內部空腔的至少一部分開設在硅襯底中。該硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線能夠有效減小硅基氮化鎵材料的電磁損耗，提高了硅基氮化鎵微波毫米波器件的輸出功率和效率，滿足微波毫米波射頻電路和系統(tǒng)的應用要求。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種低電磁損耗的硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線及其制備方法。

背景技術

第三代半導體材料氮化鎵具有寬禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高電子遷移率、高飽和電子漂移速度的優(yōu)點，在微波毫米波大功率電子器件領域極具發(fā)展?jié)摿Γ蓮V泛應用于航空航天、雷達、5G通信等領域。氮化鎵外延片有同質外延和異質外延兩種，由于氮化鎵同質外延成本十分高昂，目前常用的技術是異質外延。主流氮化鎵異質外延常用的襯底有藍寶石、碳化硅和硅等幾種。相比其他襯底，硅襯底具有尺寸大、成本低且可以與硅CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)生產線工藝兼容的優(yōu)點，硅基氮化鎵有望實現低成本、高性價比的微波毫米波器件和集成電路，是目前國際研究熱點之一。

目前基于硅基氮化鎵的三族氮化物外延材料結構主要包括氮化鋁成核層、漸變鋁組分的鋁鎵氮過渡層或者氮化鋁/氮化鎵超晶格過渡層、氮化鎵緩沖層、三族氮化物器件異質結結構等。在外延生長過程中，氮化鋁成核層和三族氮化物過渡層中的鋁原子和鎵原子會向硅襯底擴散，在硅襯底表面形成p型摻雜，從而形成存在p型寄生導電溝道。另外，由于氮化鋁成核層中的極化電荷的存在，在硅/氮化鋁界面感應出n型反型導電溝道。氮化鋁成核層中的高缺陷密度也會造成較高的背景載流子濃度。這幾種因素使基于硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線具有很高的電磁損耗，限制了硅基氮化鎵傳輸線的性能。因此，為了提高硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線的性能，以滿足硅基氮化鎵器件在下一代航空航天、雷達、5G通信等領域的應用需求，抑制硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線的電磁損耗很有必要。

發(fā)明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種低電磁損耗的硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線及其制備方法。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發(fā)明的一個方面提供了一種低電磁損耗的硅基氮化鎵微波毫米波傳輸線，包括：硅襯底；

三族氮化物外延層，設置在所述硅襯底的上表面；

高頻信號金屬電極，設置在所述三族氮化物外延層的上表面；

接地金屬電極，設置在所述高頻信號金屬電極的兩側和/或所述硅襯底的下表面，其中，

在所述硅襯底與所述三族氮化物外延層之間包括內部空腔，所述內部空腔的至少一部分開設在所述硅襯底中。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述內部空腔包括襯底空腔，所述襯底空腔的下表面位于所述硅襯底內部，上表面與所述三族氮化物外延層的下表面接觸。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述三族氮化物外延層自下而上依次包括成核層、過渡層和緩沖層，其中，所述成核層的材料為氮化鋁，所述過渡層的材料為氮化鋁/氮化鎵的周期性結構，所述緩沖層的材料為氮化鎵。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述內部空腔還包括與所述襯底空腔連通的外延層空腔，其中，所述外延層空腔的下表面與所述襯底空腔連通，所述外延層空腔的上表面穿過所述成核層和所述過渡層而與所述緩沖層的下表面接觸。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述內部空腔的高度為10nm-20μm。