[发明专利]氮化镓半导体结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种氮化镓半导体结构及其制备方法，包括氮化镓层、沟槽屏蔽结构、第一金属层及第二金属层。本发明通过在复合图形衬底上形成氮化镓层，生长过程中可以进一步减少位错密度并能够将位错集中到某一特定区域以形成缺陷合拢区，而其他生长区域形成的氮化镓材料几乎没有位错缺陷，之后在缺陷合拢区上形成沟槽及绝缘阻挡层，其中，绝缘阻挡层可阻挡电极金属和杂质金属元素扩散到位错中，从而无法形成漏电通道，且欧姆接触区域或肖特基接触区域下面的氮化镓层没有位错，从而提高了器件的可靠性和稳定性。本发明可获得高质量的氮化镓晶体，且通过沟槽屏蔽结构可制作出能够承受大电流和大电压的氮化镓器件结构，从而可提高器件性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓半导体结构及其制备方法。

背景技术

氮化镓属于第三代高禁带宽度的半导体材料，和第一代的Si以及第二代的GaAs等相比， 其具有优越的物理特性，如具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的 电子饱和速率及更高的抗辐射能力。其工作温度高，可作为微波功率晶体管的优良材料。氮 化镓晶体一般是六方纤锌矿结构，原子体积大约为GaAs的一半。氮化镓受青睐的主要原因 是它的宽禁带特性，使得氮化镓器件与硅或者其他IIIV族器件相比，氮化镓器件的速度更快， 击穿电压也更高。

氮化镓在器件类型上主要应用于发光二极管、场效应晶体管、二极管、太阳能电池等。 其中FET涉及多种类型的器件如：IGFET、HEMT、MOSFET、bipolar transistor、JFET、MISFET、 IGBT等。

近年来，氮化镓异质外延技术得到飞速发展，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束(MBE)成为制备氮化镓材料的主流生长技术。外延衬 底普遍选用蓝宝石(单晶Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、硅等。为了提高外延 层质量，开发出缓冲层工艺、侧向外延生长技术、悬空外延技术等。

异质外延技术本身的局限性限制了GaN基材料质量和器件性能的提高。由于异质衬底与 氮化镓存在程度不同的晶格失配和热失配，因此导致GaN外延层产生高密度位错(～10^8-9/cm²)， 位错会降低载流子迁移率、寿命和热传导率。制备氮化镓材料方式多样，目前做得最好的方 式是HVPE(氢化物气相外延法)，但位错密度仍然达到～10⁵/cm²。而金属电极在与氮化镓材 料形成欧姆接触处，由于电极金属和杂质金属元素会扩散进位错中，形成漏电流，降低器件 的输出功率，严重影响器件的稳定性和可靠性。

为了改善器件的可靠性和稳定性，大家都在寻求在器件工艺上去找突破口。

因此，提供一种新型的氮化镓半导体结构及其制备方法，以提高器件性能，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氮化镓半导体结构及其制备 方法，用于解决现有技术中氮化镓晶体质量问题，以及由于晶体位错容易形成漏电通道造成 氮化镓器件击穿的问题。

本发明是通过在复合图形衬底上用侧向外延技术形成氮化镓层，生长过程中，可以进一 步减少位错密度并能够将位错集中到某一特定区域，以形成缺陷合拢区，而其他生长区域形 成的氮化镓材料几乎没有位错缺陷。之后通过套刻技术在缺陷合拢区上方开沟槽，并形成绝 缘阻挡层，之后在表面做电极，绝缘阻挡层阻挡了电极金属和杂质金属元素扩散到位错中， 无法形成漏电通道，而欧姆接触区域或肖特基接触区域下面没有位错，从而提高了器件的可 靠性和稳定性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化镓半导体结构，所述氮化镓半导 体结构包括：

氮化镓层，所述氮化镓层中具有缺陷合拢区；