[发明专利]基于复合衬底的半导体器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于复合衬底的半导体器件及其制备方法，该制备方法包括：选取Si衬底层；在所述Si衬底层下表面生长金刚石层；在所述Si衬底层上表面生长AlN成核层；在所述AlN成核层上表面生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上表面生长AlGaN势垒层。本发明将具有高质量的Si衬底层与具有高热导率的金刚石层相结合，形成Si/金刚石复合衬底结构，利用金刚石层的高热导率的优点，解决了单纯在Si衬底层上生长大功率氮化物半导体材料存在的散热差的问题。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于复合衬底的半导体器件及其制备方法。

背景技术

半导体器件是电力电子技术及其应用装置的基础，半导体器件几乎用于所有的电子制造业，包括计算机领域的笔记本、服务器、显示器以及手机、电话等电子设备。而由氮化物所制备的半导体器件因具有禁带宽度大、载流子迁移率高、击穿场强大等优点，在高频、高压、大功率半导体器件中有着巨大的应用潜力。

由于氮化物大尺寸半导体生长极为困难，现在所有成熟的器件大都是以Si等衬底为基础的。由于Si衬底具有成本低、尺寸大、质量高、导电性能好等优点，所以现有的较为成熟的半导体器件大都是以Si作为衬底材料，并且在Si衬底上生长氮化物所制备的半导体器件的性能较好，因此这种结构的半导体器件的应用越来越广泛。

但是，Si衬底热导率低，直接在Si衬底上生长氮化物材料，会导致半导体器件散热慢、晶格存在缺陷等问题，从而影响半导体器件的质量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于复合衬底的半导体器件及其制备方法。

本发明实施例提供了一种基于复合衬底的半导体器件的制备方法，包括：

选取Si衬底层；

在所述Si衬底层下表面生长金刚石层；

在所述Si衬底层上表面生长AlN成核层；

在所述AlN成核层上表面生长GaN缓冲层；

在所述GaN缓冲层上表面生长AlGaN势垒层，已完成所述半导体器件的制备。

在本发明的一个实施例中，在所述Si衬底层下表面生长金刚石层，包括：

利用微波等离子体化学气相沉积法在所述Si衬底层下表面生长金刚石层，其中，所述金刚石层的厚度为30～200μm。

在本发明的一个实施例中，在所述Si衬底层上表面生长AlN成核层之前，还包括：

利用减薄抛光法减薄并抛光所述Si衬底层。

在本发明的一个实施例中，减薄抛光后的所述Si衬底层厚度为1～200μm。

在本发明的一个实施例中，在所述Si衬底层上表面生长AlN成核层，包括：

利用磁控溅射法在所述Si衬底层上表面生长所述AlN成核层，其中，所述AlN成核层的厚度为20～100nm。

在本发明的一个实施例中，在所述AlN成核层上表面生长GaN缓冲层，包括：

利用金属有机化学气相沉积法在所述AlN成核层上表面生长所述GaN缓冲层，其中，所述GaN缓冲层的厚度为0.1～5μm。

在本发明的一个实施例中，在所述GaN缓冲层上表面生长AlGaN势垒层，包括：

利用金属有机化学气相沉积法在所述GaN缓冲层上生长所述AlGaN势垒层，其中，所述AlGaN势垒层的厚度为5～100nm。

在本发明的一个实施例中一种基于复合衬底的半导体器件，其结构包括：