[发明专利]硅上的高质量GaN高压HFET

说明书

技术领域

本公开内容总体涉及氮化镓（GaN）衬底，更具体地，本公开内容涉及一种用于在硅上制备GaN衬底的方法。

背景技术

宽带隙半导体广泛用于制备针对高压应用的有源器件。一种称为异质结场效应晶体管（HFET）（也被称作高电子迁移率晶体管（HEMT））的半导体结构类型使用宽带隙半导体来实施用于高性能功率电子器件（power electronics）的晶体管。在一个实施例中，宽带隙HFET器件可被用作高压开关功率转换器中的开关元件。

GaN是已经得到特别关注的宽带隙半导体的一个实施例。例如，AlGaN/GaN HFET由于其较宽的带隙和高的电子饱和速度（这二者都使得能够实现高压操作）而显示出功率电子器件的前景。然而，形成GaN衬底时的困难和成本限制了将基于GaN的器件应用到特定市场。

由于制造大量GaN晶圆（wafer）的成本和困难，通常通过在另一个衬底上生长GaN膜来制造GaN衬底。例如，碳化硅（SiC）或蓝宝石（Al₂O₃）晶圆可用作GaN衬底的操作晶圆（handle wafer）（即GaN膜沉积在操作晶圆上方）。然而，蓝宝石是一种不良的热导体，在封装期间表现出困难，而SiC晶圆也非常昂贵。此外，两种类型的晶圆都仅能用作小直径晶圆，这省去了较大直径所能提供的规模经济。

形成GaN衬底的另一个选择是使用硅操作晶圆，硅操作晶圆是廉价的，并能够提供大直径。此外，已经很好地开发了针对硅晶圆的封装所需要的后端磨削和抛光。然而，由于GaN和硅之间的大的晶格失配和大的热失配，难于直接在硅（Si）衬底上可靠地生长GaN。而是，硅上无裂纹GaN的外延生长可能需要扩展（extensive）缓冲层，该缓冲层被建造以使得在生长期间以及生长之后的弯曲和翘曲最小化。此外，高压应用（例如600V以上）可能要求超过2.5μm甚至高达4μm（例如对于1000V的应用）的缓冲层。

附图说明

从下文结合附图呈现的更具体的描述，将会更明了本发明的多个实施方案的各个方面、特征和优势。

本发明的非限制及非穷举性的实施方案通过参考下列附图进行描述，其中在各个视图中，相似的附图标记表示相似的部件，除非另有说明。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的在制备GaN衬底中使用的沿着<111>晶体取向具有暴露表面的示例性硅晶圆。

图2示出了根据本发明的一个实施方案的处于制备GaN衬底的一个阶段时的衬底，其中在该阶段晶体氧化铝Al₂O₃膜在晶圆的顶部表面上。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的处于制备GaN衬底的另一个阶段时的衬底，其中在该阶段非晶膜（amorphous film）在Al₂O₃膜下方。

图4示出了根据本发明的一个实施方案的处于制备GaN衬底的又一个阶段时的衬底，该阶段是在已经于AlN膜的顶部上生长GaN膜之后。

图5示出了根据本发明的一个实施方案的处于制备GaN衬底的又一个阶段时的衬底，该阶段是在已经生长多个交错的GaN膜层和AlN膜层从而形成适于HFET成型的表面之后。

图6是根据本发明的一个实施方案的制备可适于形成晶体管和其他器件的GaN衬底的一个示例性工艺的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中陈述了多个特定细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员而言明了的是，不必使用特定细节来实践本发明。在其他实例中，为避免模糊本发明，没有详细描述众所周知的材料或方法。

贯穿本申请文件所参引的“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，关于所述实施方案或实施例所描述的具体特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个申请文件的不同地方出现的措词“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必都指的是相同的实施方案或实施例。而且，所述具体的特征、结构或特性可以任何合适的组合和/或子组合被结合在一个或多个实施方案或实施例中。具体的特征、结构或特性可包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路、或者提供所描述功能的其他合适的部件中。此外，应理解此处提供的附图是用于对本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图未必按比例画出。