[发明专利]一种III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法

说明书

本发明提供一种III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法，所述III族氮化物和硅异质集成衬底包括：硅衬底；形成于所述硅衬底上的III族氮化物叠层结构；形成于所述III族氮化物叠层结构上的绝缘层；以及形成于所述绝缘层上的顶层硅。本发明的III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法将所述顶层硅与所述III族氮化物叠层结构集成于同一硅衬底上，其中，所述硅基叠层结构可以用于制作传统电路，结合所述III族氮化物叠层结构可以实现多种应用，为实现“超越摩尔定律”提供重要的技术创新平台。本发明的III族氮化物和硅异质集成衬底中，III族氮化物材料深埋在底部，仅顶层硅及硅衬底面暴露在外面，不会对CMOS工艺造成污染，可以使用CMOS工艺线进行流片。

技术领域

本发明属于半导体领域，涉及一种III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法。

背景技术

以摩尔定律为核心的半导体产业在过去半个世纪推动了计算(PC)和通讯(互联网)两个信息技术浪潮滚滚向前。然而，随着硅CMOS器件尺寸日益接近原子等级的物理极限，摩尔定律发展因巨大的研发投入和制造的困难度而遇到了瓶颈。“超越摩尔”(MtM)产业是指不以缩小器件尺寸为技术创新的成熟半导体及其延伸技术，其中包含微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)、光电、射频、功率、模拟、微流体、微能源等。

相比于体硅材料，III族氮化物(亦称III-N化合物)材料因其直接带隙、极大内建电场等特性，在光电、功率、射频、MEMS等领域有其独特优势。其中，III指元素周期表中第III族中的至少一种元素。

体硅是实现摩尔定律的衬底材料平台。而新型的III族氮化物和硅异质集成衬底也将是实现“超越摩尔”重要的新技术创新平台。但是Ga、In等III族元素会影响CMOS工艺，因此，一般III族氮化物材料是禁止进入CMOS工艺线去流片的。

因此，如何提供一种III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法，为实现“超越摩尔定律”提供重要的新技术创新平台，解决III族氮化物材料无法使用CMOS工艺线流片的问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种III族氮化物和硅异质集成衬底及其制作方法，用于解决现有技术中缺少与CMOS兼容的III族氮化物和硅异质集成衬底，Ga、In等III族元素会对CMOS工艺造成污染的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种III族氮化物和硅异质集成衬底，所述III族氮化物和硅异质集成衬底包括：

硅衬底；

形成于所述硅衬底上的III族氮化物叠层结构；

形成于所述III族氮化物叠层结构上的绝缘层；

形成于所述绝缘层上的顶层硅。

可选地，所述硅衬底采用(111)晶向硅，所述顶层硅采用(100)晶向硅。

可选地，所述绝缘层包括二氧化硅层及氮化硅层中的至少一种。

可选地，所述III族氮化物叠层结构自下而上依次包括缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层、InGaN量子阱层及P型GaN层。

可选地，所述III族氮化物叠层结构自下而上依次包括缓冲层、第一非故意掺杂GaN层、N型GaN层、第二非故意掺杂GaN层及P型GaN层。

可选地，所述III族氮化物叠层结构自下而上依次包括缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层及AlGaN盖帽层。

可选地，所述III族氮化物叠层结构自下而上依次包括缓冲层、非故意掺杂GaN层、AlGaN层、N型GaN层、InGaN量子阱层、P型AlGaN层及P型GaN层。