[实用新型]一种3C-SiC外延结构

说明书

本实用新型公开了一种3C‑SiC外延结构，所述3C‑SiC外延结构由下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、3C‑SiC外延层；通过在衬底和3C‑SiC外延层之间插入了禁带宽度和临界击穿场强更高的GaN缓冲层，提升了3C‑SiC器件的耐压性能；且在Si衬底上生长3C‑SiC时，在升温过程中Si原子的扩散会形成界面空洞，通过在Si衬底上先生长一层AlN缓冲层，其一旦覆盖衬底高温下几乎不会发生原子迁移重结晶，从而有效抑制Si的挥发形成的界面空洞缺陷，进而得到高质量的3C‑SiC外延结构。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种3C-SiC外延结构。

背景技术

以SiC材料为代表的第三代宽带隙半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移等特点，特别适合制作高温、高压、高频、大功率、抗辐照等半导体器件。

在SiC多型体中，3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等晶型应用最广泛，与其他晶型相比，3C-SiC的饱和电子漂移速率、电子迁移率和空穴迁移率更高，使得3C-SiC在高频器件应用方面更有潜力。然而，3C-SiC的禁带宽度和临界击穿场强较低，制约着3C-SiC在高压器件方面的应用。

另一方面，3C-SiC是唯一能在Si衬底上外延生长的晶型，使3C-SiC器件的商业应用具有很大的潜力。然而，在Si衬底上外延生长3C-SiC，高温条件下衬底表面的Si原子向外扩散形成空位，这些空位发生联并形成较大的空洞，当通入碳源和硅源时，直接在空洞的衬底表面生长薄膜，这些界面空洞使薄膜与衬底的结合力变差并影响3C-SiC薄膜的外延生长。同时，在Si衬底生长3C-SiC界面态密度较高，Si衬底和3C-SiC薄膜之间，存在着20％的晶格失配和8％的热膨胀失配，阻碍了3C-SiC器件的发展。

而在蓝宝石衬底上外延生长3C-SiC，由于其与碳化硅的粘附性较差，不利于3C-SiC初期成核生长。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种3C-SiC外延结构，在衬底和3C-SiC外延层之间插入了禁带宽度和临界击穿场强更高的GaN缓冲层，进而得到高质量的3C-SiC外延结构，并提升了3C-SiC器件的耐压性能。

本实用新型采取的技术方案为：

一种3C-SiC外延结构，所述3C-SiC外延结构由下至上依次包括衬底、GaN缓冲层、3C-SiC外延层；直接在衬底上生长3C-SiC外延层所得到的3C-SiC外延结构的禁带宽度和临界击穿场强较低，制约了3C-SiC在高压器件方面的应用，通过在衬底和3C-SiC外延层之间插入禁带宽度和临界击穿场强更高的GaN缓冲层，可提升3C-SiC器件的耐压性能。

所述衬底为Si衬底或蓝宝石衬底，优选为Si衬底。

所述GaN缓冲层的厚度为10～500nm；GaN缓冲层在衬底上生长时，先3D岛状生长然后合并，GaN小岛合并时会产生张应力，因此其厚度应控制在10～500nm的厚度，否则厚度太薄生长的GaN缓冲层的表面粗糙，厚度太厚张应力太大，容易导致裂片。

所述3C-SiC外延层的厚度为10～100μm。

进一步地，所述衬底和GaN缓冲层之间还包括AlN缓冲层或AlGaN缓冲层；AlN或AlGaN的禁带宽度和临界击穿场强比GaN更强，在衬底和GaN缓冲层之间插入AlN缓冲层或AlGaN缓冲层可进一步提升3C-SiC外延结构的耐压能力，且AlGaN缓冲层可缓解晶格失配，对后生长的GaN缓冲层提供预压应力。

所述AlN缓冲层的厚度为80～300nm；AlN缓冲层的厚度小于80nm时，其表面粗糙；而厚度超过300nm时，AlN受到的张应力越大，翘曲越大，越容易裂片；在80～300nm范围内，厚度越厚，器件的耐压能力越强。