[发明专利]减小微裂缝的影响，且用在微波集成电路和交换电路的高电荷迁移率晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及到一种用来作功率切换跟微波放大的晶体管器件和微波集成电路（MMIC），以达到减小或消除器件及电路的电子特性因微裂缝而变差的目的，来稳定操作功能。

背景技术

要进行功率的切换，大多使用基于金属氧化物半导体（MOS）结构，绝缘栅双极晶体管（IGBT）和浅掺杂漏极金属氧化物半导体结构(LDMOS)的器件。 基于MOS的功率器件主要用在几百伏的家用电器，基于IGBT的功率器件则用在几千伏的高压电下的功率切换，例如高压直流（DC）对交流（AC）或交流（AC）对直流（DC）的转换。基于LDMOS的功率器件，只是用于中等功率的应用。目前这些MOS，LDMOS和IGBT器件，是用硅技术来制造。硅技术通过前六十年的研究跟发展，目前得到了广泛的应用，然而这些硅功率器件的功能还不够完美，主要是受到击穿电场的限制，这个击穿电场是半导体的基本参数，它和能隙及电荷能量松弛时间有关。

最近，一种基于                                                -氮化物的新型半导体正在被开发中，其中是周期表第三族中的铝（Al）、镓（Ga）和铟（In）。这种新型半导体的例子包括氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）、氮化铟（InN）和它们的合金或熔合物(alloys)，例如：氮化镓铝（AlGaN）、氮化镓铟（InGaN）和氮化铟铝（AlInN）。这些新型-氮化物材料具有一些特殊的电子特性：其能隙比硅和砷化镓要大，尤其是氮化镓、氮化镓铝和氮化铝。由于大的能隙，利用这些-氮化物半导体和它们的合金或熔合物制作的器件的击穿电场远比硅和砷化镓要大。例如：氮化镓铝的击穿电场是3.0X10⁶ V/cm，大约是硅和砷化镓的10倍，因此这些-氮化物材料的器件在具有同样尺寸或厚度的情况下，可以承受更大的电压。同时该指出的是，这些-氮化物半导体的电荷迁移率 (mobility) 高过硅。此外，这些-氮化物半导体可以稳定操作的临界温度要比砷化镓和硅都高。作一个比较，硅器件稳定操作的临界结温度是250℃，砷化镓器件是400℃，而-氮化物器件则是600℃。因此结合以上，高的击穿电场、高的电荷迁移率和高的稳定操作临界温度，很显然基于-氮化物的器件和电子电路在高功率的切换和高频率的毫米波电路的应用是比较理想的。目前由砷化镓技术提供的一部分应用将可能由-氮化物取代。然而，由于-氮化物和蓝宝石、碳化硅之间的差异，它们之间的热膨胀系数和晶格都不同。由于它们之间不同的热膨胀系数和晶格常数，这些-氮化物外延层在升温或降温时会产生应力或应变。这些应力或应变在-氮化物外延层中引发微裂缝，进而影响其中的电子特性。这些细小的微裂缝或缺陷比较难在简单的低倍光显微镜下观察到。

目前大多-氮化物外延层是沉积到备制较困难的蓝宝石和碳化硅基座或衬底上。由于材料特性，生长用来制作基座或衬底的蓝宝石和碳化硅基座或衬底的单晶比较困难。相较之下，由于前六十年的大量硅技术的研究跟发展，单晶硅的生长甚为成熟，硅基座或衬底的品质也高。

如果沉积在硅基座或衬底的优质III-氮化物外延层和器件能开发成功， 则很有可能发展出较低成本的高频率、高功率器件和电路。近年来这方面的工作进展相当迅速。然而，在硅基座或衬底制造优质的-氮化物外延层和器件还有一些困难。其中一个起因于材料之间的热膨胀系数和晶格差异的困难和本发明有关。在沉积-氮化物外延层时，基座或衬底温度可高过摄氏1000度 （^oC）。在沉积并降温后，在这些-氮化物外延层和基座中都会产生应力或应变，从而在很薄的III-氮化物外延层中导致微裂缝。这些微裂缝起因于材料即-氮化物外延层和基座之间，和-氮化物外延层各个层之间的热膨胀系数和晶格差异。在-氮化物外延层引发的微裂缝会影响在其上制作的器件及电路的电子特性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种可以减小或消除器件及电路的电子特性因微裂缝而变差、且用在微波集成电路和交换电路的高电荷迁移率晶体管。