[发明专利]硅衬底GaN半导体器件外延材料结构

权利要求书

1.一种硅衬底GaN半导体器件外延材料结构，其特征在于：包括自下而上逐层分布的Si基板衬底层、AlN形核层、AlGaN过渡层、AlNx/GaNx超级结构层、AlGaN约束层、GaN通道层、AlGaN障碍层和SiNx钝化层；

所述Si基板衬底层为单晶硅衬底层，当GaN半导体器件为功率器件时，Si基板衬底层采用P型半导体材料，Si基板衬底层的电阻值为0.001Ω·cm-10Ω·cm，厚度为100μm-2000μm，Si基板衬底层中碳杂质成分原子含量≤1E16个/cm³，当GaN半导体器件为射频器件时，Si基板衬底层采用N型半导体材料,Si基板衬底层的电阻值≥5000Ω·cm，厚度为500um-1000um，Si基板衬底层中碳杂质成分原子含量≤1E16个/cm³；

所述AlN形核层的厚度为1nm-10μm，所述AlN形核层中碳杂质成分原子含量为1E17个/cm³-5E22个/cm³；

所述AlGaN过渡层的厚度为0.01μm-10μm,所述AlGaN过渡层中Al的原子百分含量在10％-90％,碳杂质成分原子含量为1E17个/cm³-5E22个/cm³；

所述AlNx/GaNx超级结构层的厚度为0.1μm-1000μm且由多个AlNx/GaNx超级结构层叠而成，每个AlNx/GaNx超级结构由一层AlNx结构和一层GaNx结构构成，其中AlNx的厚度为1-10nm,GaNx的厚度为1-50nm，AlNx中Al的原子百分含量为10％-100％，GaNx中Ga的原子百分含量在50％-100％，所述AlNx/GaNx超级结构层中，碳杂质成分原子含量为1E17个/cm³-5E22个/cm³；

所述AlGaN约束层的厚度为1nm-100μm，所述AlGaN约束层中Al的原子百分含量为1-100％，碳杂质成分的原子含量≤3E16个/cm³；

所述GaN通道层的厚度为1nm-1000nm，所述GaN通道层中碳杂质成分的原子含量≤3E16个/cm³；

所述AlGaN障碍层的厚度为1nm-100nm，所述AlGaN障碍层中Al的原子百分含量在为5-100％，碳杂质成分原子含量≤3E16个/cm³，所述碳杂质成分由生长气体带入；

所述SiNx钝化层实时沉积在AlGaN障碍层上，且与AlGaN障碍层的初始的连接界面处形成连贯的原子链接；

GaN半导体器件的源极和漏极设于AlGaN障碍层之上，栅极金属和漂移区域设于SiNx钝化层之上，位移漂移区域下方的SiNx钝化层厚度为1nm-10000nm。

2.根据权利要求1所述的硅衬底GaN半导体器件外延材料结构，其特征在于：位移漂移区域下方的SiNx钝化层中还插入有AlN插入层，所述AlN插入层的厚度为1nm-10nm。

3.根据权利要求1所述的硅衬底GaN半导体器件外延材料结构，其特征在于：当GaN半导体器件为650V功率器件时，Si基板衬底层的电阻值为0.01Ω·cm-1.0Ω·cm，厚度为600μm-1500μm；当GaN半导体器件为1200V功率器件时，Si基板衬底层的电阻值为0.01Ω·cm-1.0Ω·cm，Si基板衬底层厚度为1000μm-2000μm；当GaN半导体器件为射频器件时，Si基板衬底层的电阻值为10000Ω·cm-50000Ω·cm。

4.根据权利要求1所述的硅衬底GaN半导体器件外延材料结构，其特征在于：所述Si基板衬底层中，从上表面起计算，深度为50um-100um的区域内，碳杂质成份原子含量为1E19个/cm³-1E21个/cm³。