[发明专利]硅衬底GaN半导体器件外延材料结构

摘要

本发明涉及半导体器件技术领域，针对硅衬底GaN半导体器件的电流崩塌问题，本发明公开了一种硅衬底GaN半导体器件外延材料结构，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；本发明所述的硅衬底GaN半导体器件外延材料结构包括不同材料层,并且对不同材料层的厚度、所含物质进行了进一步控制，针对造成电流崩塌的每一个环节提供了解决办法，从而能够有效降低或排除硅衬底GaN半导体器件在室温和高温(25℃)下的电流崩塌问题，使硅衬底GaN半导体器件的可靠性大幅度提高，以达到终端产品要求。

主权项

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基板衬底层中受主杂质成分原子含量≤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基板衬底层中受主杂质成分原子含量≤1E16个/cm3；所述AlN形核层的厚度为1nm‑10μm，所述AlN形核层中受主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％,受主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，受主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％，受主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通道层中受主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％，受主杂质成分原子含量≤3E16个/cm3，所述受主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。