[实用新型]具有图形化基材的氮化镓半导体器件

说明书

一种具有图形化基材的氮化镓半导体器件，由下往上依序具有图形化基材及氮化镓半导体晶体管外延结构，其中图形化基材由硅基材及图案化绝缘层组成，且图案化绝缘层以数组方式设置在硅基材上，其中图案化绝缘层的顶端为弧形、尖锥形或是图案化绝缘层为梯形结构，利用图形化基材来提升氮化镓化合物组件的质量，并且利用磊晶制程在图形化基材上成长高质量氮化镓材料，以形成具有高速电子迁移率的场效晶体管。

技术领域

本实用新型涉及氮化镓半导体器件技术领域，特别是关于一种利用图案化基材改变半导体器件内磊晶成长的缺陷的氮化镓半导体器件。

背景技术

在降低晶体缺陷的研究中侧向外延技术(Epitaxial Lateral Overgrowth,ELO)被广为关注(A Akira Sakaia，et al.，Appl.Phys.Lett.71,2259(1997)，Tsvetanka S，etal.，Appl.Phys.Lett.71，2472(1997))，通过这种技术，室温下持续工作超过1000小时的2mW短波段氮化镓系半导体激光器已经被展示出来(Shuji Nakamura,et al.,Appl.Phys.Lett.72,211(1997))。

在此基础上，人们又发展了一阶侧向外延技术(1S-EL0，F.Bertram,et al.,Appl.Phys.Lett.74，359(1999))，悬空外延技术(Pendeo-Epitaxy，T.S.Zheleva,et al.，Appl.phys.lett.74，2492(1999)，二阶侧向外延技术(2S-EL0，Zhonghai Yu,et al.，MRSInterner J.Nitride Semicond.Res.4S1.G4.3(1999))等方法。但是这些方法都有自己不足的地方，例如，外延层产生倾斜，多次外延会出现表面沾污等问题。

在进一步的研究中，在侧向外延的基础上，出现了图形化衬底技术(T.V.Cuong,etAl.,Appl.Phys.Lett.90，131107(2007))，这种技术改善了二次外延出现的一些问题，并提高了器件的光提取效率。在传统工艺中，在图形化衬底表面进行外延时，都是采用加快侧向外延速率，使得外延层表面尽量平整，并进行其他器件结构的生长。

氮化镓系材料是极性半导体材料，晶体在特定的方向上(如[0001]方向)体现出自发极化。另外为了制作多量子阱结构，组成有源区的外延层都是异质外延产生的薄膜，由于异质外延会产生晶格不匹配等问题，造成薄膜受到应力作用并使有源区内产生强的压电电场(Fab1 Bernardini,Vincenzo F1rentini，PHYSICAL REVIEW B，Vol 57，R9427(1998))。

实用新型内容

根据现有技术中所揭露的问题，本实用新型主要利用图形化基材来改变磊晶缺陷生长的形貌，以避免差排缺陷纵向往表面延伸，达到降低氮化镓磊晶层的差排缺陷比例，进而提高半导体组件的产命使用寿命及可靠度。

本实用新型的另一目的在于利用图形化基材提升氮化镓化合物组件的质量，并且利用现有的磊晶制程在图形化基材上成长高质量氮化镓材料，并形成具有高速电子迁移率的场效晶体管。

本实用新型的再一目的在于利用图形化基材来改善组件特性，藉由改变成长五三比及成长压力优化于(111)硅基板，进而可以改善磊晶外延特性而制作出低缺陷的磊晶层及提升磊晶成长速度。

本实用新型的又一目的在于利用图形化基材所制作的具有高速电子迁移率的场效晶体管，其饱和电流不会因为电压升高而下降，电流密度相较于平面式基板提升10％。