[发明专利]低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法，该硅基氮化镓微波毫米波传输线包括硅衬底；三族氮化物外延层，设置在硅衬底的上表面；高频信号金属电极，设置在三族氮化物外延层的上表面；接地金属电极，设置在高频信号金属电极的两侧和/或硅衬底的下表面，其中，在硅衬底与三族氮化物外延层之间包括内部空腔，内部空腔的至少一部分开设在硅衬底中。该硅基氮化镓微波毫米波传输线能够有效减小硅基氮化镓材料的电磁损耗，提高了硅基氮化镓微波毫米波器件的输出功率和效率，满足微波毫米波射频电路和系统的应用要求。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高饱和电子漂移速度的优点，在微波毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力，可广泛应用于航空航天、雷达、5G通信等领域。氮化镓外延片有同质外延和异质外延两种，由于氮化镓同质外延成本十分高昂，目前常用的技术是异质外延。主流氮化镓异质外延常用的衬底有蓝宝石、碳化硅和硅等几种。相比其他衬底，硅衬底具有尺寸大、成本低且可以与硅CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)生产线工艺兼容的优点，硅基氮化镓有望实现低成本、高性价比的微波毫米波器件和集成电路，是目前国际研究热点之一。

目前基于硅基氮化镓的三族氮化物外延材料结构主要包括氮化铝成核层、渐变铝组分的铝镓氮过渡层或者氮化铝/氮化镓超晶格过渡层、氮化镓缓冲层、三族氮化物器件异质结结构等。在外延生长过程中，氮化铝成核层和三族氮化物过渡层中的铝原子和镓原子会向硅衬底扩散，在硅衬底表面形成p型掺杂，从而形成存在p型寄生导电沟道。另外，由于氮化铝成核层中的极化电荷的存在，在硅/氮化铝界面感应出n型反型导电沟道。氮化铝成核层中的高缺陷密度也会造成较高的背景载流子浓度。这几种因素使基于硅基氮化镓微波毫米波传输线具有很高的电磁损耗，限制了硅基氮化镓传输线的性能。因此，为了提高硅基氮化镓微波毫米波传输线的性能，以满足硅基氮化镓器件在下一代航空航天、雷达、5G通信等领域的应用需求，抑制硅基氮化镓微波毫米波传输线的电磁损耗很有必要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种低电磁损耗的硅基氮化镓微波毫米波传输线，包括：硅衬底；

三族氮化物外延层，设置在所述硅衬底的上表面；

高频信号金属电极，设置在所述三族氮化物外延层的上表面；

接地金属电极，设置在所述高频信号金属电极的两侧和/或所述硅衬底的下表面，其中，

在所述硅衬底与所述三族氮化物外延层之间包括内部空腔，所述内部空腔的至少一部分开设在所述硅衬底中。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔包括衬底空腔，所述衬底空腔的下表面位于所述硅衬底内部，上表面与所述三族氮化物外延层的下表面接触。

在本发明的一个实施例中，所述三族氮化物外延层自下而上依次包括成核层、过渡层和缓冲层，其中，所述成核层的材料为氮化铝，所述过渡层的材料为氮化铝/氮化镓的周期性结构，所述缓冲层的材料为氮化镓。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔还包括与所述衬底空腔连通的外延层空腔，其中，所述外延层空腔的下表面与所述衬底空腔连通，所述外延层空腔的上表面穿过所述成核层和所述过渡层而与所述缓冲层的下表面接触。

在本发明的一个实施例中，所述内部空腔的高度为10nm-20μm。