[发明专利]在导热和导电掩模上具有ELOG的半导体结构

说明书

背景技术

异质外延通常被用于在未被晶格匹配的衬底上生成不同种类的材料的分层结构，并且另外将不会在衬底上形成高质量外延层。例如，因为在GaN和蓝宝石或者蓝宝石上硅之间的相对高程度的晶格失配，所以氮化镓（GaN）并不在由蓝宝石（Al₂O₃）或者蓝宝石上硅（SOS）构成的衬底上形成阱。晶格失配通常导致在GaN中的缺陷和位错。为了克服这些问题，典型地，外延横向过生长（epitaxial lateral overgrowth (ELOG)）被用于通过在晶体衬底上的电介质材料中的沟或者孔，在另一材料上形成GaN材料，或者其他材料。

通过诸如，GaN、磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）等的外延横向过生长（ELOG）材料110和衬底120的异质外延而形成的传统的结构100的示例被显示在图1中。如在此所示地，结构100的横截面视图示出的是：使用电介质材料在衬底120上生成掩模130。在没有杂乱标记的情况下显示ELOG材料110，以更加清楚地示出其相对于掩模130的位置。

结构100还被描绘为包括在电介质掩模130中的沟132，其典型地为几个微米宽。ELOG材料110从籽晶材料层120生长出沟132之外。更加具体地，ELOG材料110从沟132生长，并且扩展出沟132之外，并且跨越电介质掩模130的部分，如图1中所示。使用电介质材料来形成掩模130，因为其能够耐受生长ELOG材料110所要求的相对高的温度，并且还使得ELOG材料110在其上横向生长的合适的表面变得可能。作为比较，典型地，传统的金属不能被用作掩模130，因为在ELOG材料适当地生长所需的温度下，金属倾向于熔化或者与ELOG材料形成合金。

关于ELOG材料110形成的一个问题在于，随着ELOG材料110生长出沟132之外，在从竖直延伸到横向过生长的转变中通常会产生缺陷112。然而，随着层扩展到电介质掩模130上方，材料品质倾向于增加。为了避免缺陷112，典型地将器件140构建在ELOG材料110的翼部（wing portion）114上，或者翼部114形成器件140的部分，其通常与缺陷112横向隔开。该构造导致在结构100中的某些不期望的特征。

例如，因为如箭头142所指示的那样，电流必须沿着ELOG材料110的翼114流动，并且然后通过沟132中包含的材料110，所以电介质掩模130的绝缘特性使得电流聚集和热量聚集。此外，在器件140中产生的热也必须流过该路径，以通过衬底120来变得消散。这对于电流或者热流动而言不是理想的路径，因为其限制了热和电流的流动，并且通常导致过热，这会损害器件140的功能。此外，电流聚集导致非均匀的电流，并且器件140的性能因此受到影响。电流和热量聚集最终限制了可以使用电介质掩模来加以构建的器件的适用性，并且通常需要额外的散热解决方案，其增加了与实现结构100相关的成本，以及结构100的尺寸。

附图说明

通过示例来示出实施例，并且实施例不限于以下（一幅或多幅）附图，在附图中，相同的标号指示相同的元件，其中：

图1示出了传统的半导体结构的一部分的横截面侧视图；

图2示出了根据本发明实施例的半导体结构的一部分的横截面侧视图；

图3A和图3B分别示出了根据本发明实施例的半导体结构的部分的横截面侧视图；

图4描绘了根据本发明实施例的半导体结构的一部分的横截面侧视图；以及。

具体实施方式

出于简单和示例的目的，实施例的原理通过主要参考其示例来加以描述。在以下的描述中，对许多特定的细节进行描述，以便提供对实施例的彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，实施例可以在不局限于这些特定细节的情况下加以实施。在其他的示例中，公知的方法和结构将不会被详细描述，以免不必要地使实施例的描述模糊。

本文公开的是如下的半导体结构，其包括形成在导热和导电掩模上的ELOG材料。导热和导电掩模可以由碳纳米结构或者石墨烯（graphene）来形成。与采用电介质掩模的传统ELOG结构相比较，在其上形成ELOG材料的掩模的导热和导电特性通常使得热和电流能够更容易地在位于ELOG材料上的器件与上面放置有导热和导电掩模的衬底之间进行传导。

首先参考图2，其中示出了根据实施例的半导体结构200的一部分的横截面侧视图。应该理解的是，在不脱离半导体结构200的范围的情况下，半导体结构200的所述部分可以包括额外的组件，并且本文描述的某些组件可以被移除和/或更改。