CN100483738C - 基于自支撑SiC的GaN器件及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自支撑SiC的GaN器件及制作方法。主要解决现有GaN器件尺寸小、电学性能差、热导率低等问题。其方法是：首先在Si片上制作掩埋氧化层BOX及表层硅SOL形成绝缘层上的硅SOI结构；再在SOL上外延生长SiC材料层；接着在SiC材料层上通过外延方法制作AlN或GaN缓冲层；接着在该缓冲层上外延生长GaN器件结构层；最后将SiC材料下面的SOI结构剥离掉，形成基于自支撑SiC的GaN器件。该GaN器件自下而上依次由SiC自支撑层、缓冲层、GaN器件结构层组成。本发明具有能够提高器件散热能力和出光效率、降低器件制作成本的优点，可用于进行HBT、HEMT、LED等器件的制作。

Description

基于自支撑SiC的GaN器件及制作方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料、器件制作技术，具体的说是一种半导体器件的结构及制作方法，可用于制作高质量的GaN微波器件、大功率器件以及光电器件等，可以有效度降低GaN器件的制作成本、提高器件的质量。

背景技术

近年来以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料由于具有大禁带宽度、高临界场强、高热导率、高载流子饱和速率、高异质结界面二维电子气浓度等优良特性，使其受到了人们广泛的关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、异质结双极晶体管HBT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件将具有现有器件无法比拟的优异性能，因此近年来国内外对其进行了广泛而深入的研究并相继取得了令人瞩目的成果。

然而，目前第三代宽禁带半导体材料和相关器件面临的一个首要困难就是难以通过传统的方法直接生长出高质量的单晶材料，而是需要在某种衬底上通过异质外延技术进行生长。因此，相关器件的质量、性能和应用进程不仅取决于宽禁带材料本身的性能特点，还与其所采用衬底的特性密切相关。

以蓝宝石衬底材料为例。80年代末Nakamura等人提出了利用二步法在蓝宝石衬底上外延生长GaN材料的方案，参见Nakamura S，GaN Growth Using GaN Buffer Lager.Jpn J Appl Phys.30(10)，L 1705～L 1707，1991。该方案是在蓝宝石衬底上首先生长一层GaN缓冲层，以降低由蓝宝石与GaN晶格失配所引起的高缺陷密度，然后在缓冲层上再生长GaN材料。该方案虽然能够获得比采用单步工艺质量更好的GaN材料，但是由于GaN材料(0001)生长面与蓝宝石衬底C面的晶格失配高达约13.8％，所以即使采用了此方案生长的GaN材料的缺陷密仍高达10⁸-10¹⁰/cm²以上，很难满足高品质GaN基器件的要求。同时，因为蓝宝石材料的热导率较差，极大的制约着GaN基微波功率器件性能与集成度的提高。

以SiC衬底材料为例。1995年Ponce等人提出了在SiC衬底上以AlN作为缓冲层生长GaN材料的方法，参见Ponce F A，Kursor B S，Major B S，et al，JAppl Phys，67，410，1995。该方案是在SiC上首先淀积一层AlN作为缓冲层，接着在其上外延生长GaN材料并制作各种器件。使用SiC为衬底的GaN基器件其性能相比蓝宝石衬底的器件电学性能与散热能力均有了大幅的提高。然而，由于SiC衬底的尺寸较小，无法制作大珊长的GaN基微波功率器件。

以Si衬底材料为例，2006年Komiyama等人提出了在Si衬底首先生长SiC材料，再在SiC材料上生长GaN材料的方案，参见Komiyama J，Suzuki S，Nakanishi H，et al.JAppl Phys，V100，033519，2006。该方案首先在(111)晶面的Si衬底上制作一个较薄的SiC中间层，然后在SiC中间层上用MOCVD方法生长AlN缓冲层，最后在AlN缓冲层上生长GaN材料，其器件剖面参照图1。该方案使用硅片为衬底，能够制作大尺寸的GaN基器件；通过采用SiC材料作为中间层降低了GaN材料的应力。但是，因为该方案的SiC材料层的厚度达不到自支撑的要求而必须保留其下的Si衬底，这使得基于该方案制作的GaN器件的性能受到Si衬底的严重制约。对于GaN基微波功率器件而言，Si片存在电学性能差、热导率低的缺点；对于GaN基光电器件而言，由于Si的禁带宽度较窄会吸收一部分光能，降低器件的出光效率。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于自支撑SiC的GaN器件及制作方法。以解决目前制作于硅、碳化硅、蓝宝石衬底上的GaN器件尺寸小、电学性能差、热导率低等问题，能够用于制作各种GaN功率及光电器件。

实现本发明目的的技术方案是取掉现有在硅片衬底上制作的GaN器件的硅片衬底，使整个GaN器件的结构只有三层，即缓冲层，GaN器件结构层，其中缓冲层下面是一层自支撑的SiC层，构成三层结构的GaN器件结构。

制作本发明三层结构的GaN器件方法。按如下过程进行：

(1)根据器件要求选择作为整个器件衬底的硅片晶向和尺寸；

(2)利用常规的注氧隔离SIMOX、硅片键合BESOI、智能剥离UNIBOND在所选硅片上制作掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，即绝缘层上的硅；

(3)在所述的SOI结构上利用常规的化学汽相淀积CVD方法外延生长SiC材料层；

(4)在外延生长的SiC层上通过常规的金属有机化学汽相淀积MOCVD或分子束外延MBE方法外延生长AlN或GaN缓冲层；

(5)在所述缓冲层上利用MOCVD或MBE方法外延生长出GaN器件结构层；

(6)利用常规的GaN工艺在GaN器件结构层上制作欧姆接触和肖特基接触，引出电极；

(7)利用常规的剥离工艺将所述SiC材料下面的SOI结构层剥离掉，形成基于自支撑SiC的GaN器件三层结构。

上述制作方法中外延生长SiC材料层，也可以先在SOI结构的表层硅SOL上利用光刻、外延、碳化工艺先制作Si或SiC或AlN或GaN第一层缓冲层；然后在该缓冲层的上面利用常规的CVD方法外延生长SiC材料层，最后在该SiC材料层上再外延生长第二层缓冲层AlN或GaN。

上述GaN基器件，其中所述的自支撑SiC层，是通过在硅片上设制掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，该SOI结构的表层硅SOL上设制有第一缓冲层，该缓冲层上外延有SiC材料层，剥离掉该SiC半导体材料层下面的第一缓冲层和SOI结构层，形成自支撑的SiC层。

上述GaN基器件，其中所述的自支撑SiC层，是通过在硅片上设制掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，该SOI结构上外延有SiC材料层，剥离掉该SiC材料下面的SOI结构层，形成自支撑的SiC层。

上述制作GaN基器件的方法，其中所述(8)中对SOI结构层的剥离，按如下过程进行；

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOI的体硅层进行剥离，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液对BOX进行腐蚀；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOL进行剥离；

所述剥离、腐蚀的时间t根据剥离时的温度T以及SOI各层的厚度d决定。即t＝d/μ_T，腐蚀时间单位为秒，厚度单位为纳米，μ_T为温度为T度时的腐蚀速率，单位为纳米每秒。

本发明由于使用了硅片上制作的SOI结构作为外延生长SiC材料层的衬底，能够释放SiC材料与Si材料之间晶格失配与热失配造成的高应力，因此能够生长出厚度较大的SiC材料层，在剥离掉其下的SOI结构后可形成自支撑的SiC材料层。与传统的基于硅衬底和蓝宝石衬底的器件相比，在剥离掉SOI结构层形成SiC自支撑层、缓冲层、GaN器件结构层后，基于本发明制作的微波功率器件的散热能力大为提高，光电器件的出光效率也大幅提高。同时，与传统的基于碳化硅衬底制作的器件相比，本发明能够制6英寸以上的GaN基器件，大幅降低单个器件的制作成本。

附图说明

图1是常规器件的结构剖面图

图2是本发明器件的结构剖面图

图3是制作本发明器件的第一种流程图

图4是制作本发明器件的第二种流程图

图5是本发明基于6英寸自支撑3C-SiC的立方相GaN HEMT器件剖面实例图

图6是本发明基于4英寸自支撑6H-SiC的六方相GaN npN HBT器件剖面实例图

图7是本发明基于4英寸自支撑6H-SiC的六方相GaN HEMT器件剖面实例图

图8是本发明基于4英寸自支撑3C-SiC的立方相GaN LED器件剖面实例图

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的过程与实施例。

参照图2，本发明的器件结构由SiC自支撑层、缓冲层、GaN器件结构层组成。该SiC自支撑层作为生长GaN器件结构层的衬底并起到对器件物理支撑的作用，其上为缓冲层，缓冲层上为GaN器件结构层；该缓冲层位于SiC层与GaN器件结构层之间，起到调节SiC与GaN之间应力的作用；该GaN器件结构层的具体结构由实际的器件类型决定，列如，LED、HEMT、HBT等。

参照图3，本发明的制作过程如下：

第一步，根据器件要求选择一定尺寸的硅片作为整个器件的衬底；

该硅片晶面的选择：根据GaN器件的性能要求选择不同晶面的硅片。例如：微波功率器件可选择(100)晶面的硅片；光电器件可选择(111)晶面的硅片。

该硅片尺寸的选择：根据器件需求和后续SiC、GaN生长工艺的限制确定Si片的尺寸。例如：对于GaN使用的金属有机物化学气相淀积MOCVD外延技术，硅片的尺寸取决于MOCVD反应室尺寸的大小。此外，对于试验用器件，为了降低单次试验的成本可使用2英寸的硅片；对于生产用功率器件，为了降低单个器件的成本可选择4英寸以上的硅片。总之，硅片尺寸的选择必须同时考虑反应室尺寸和器件用途两方面的因素。

第二步，在上述硅片上制作BOX、SOL形成SOI结构；

该SOI结构的工艺：根据实际条件可选用注氧隔离SIMOX、硅片键合BESOI、智能剥离UNIBOND等常规SOI工艺。

该SOI各层的厚度：SOL厚度小于300纳米，BOX的厚度在10-500纳米之间。

第三步，在上述SOI结构上制作第一缓冲层；

该第一缓冲层的制作工艺；根据外延材料与设备情况可选用光刻、外延、碳化等不同的工艺。

所述的利用光刻工艺可制作岛状结构的第一缓冲层，其过程如下：

1、根据设计的单个岛尺寸和间距制作掩模板；

2、使用甩胶机将光刻胶均匀的黏附在硅片上；

3、将涂抹好光刻胶的硅片放入恒温干燥箱中进行烘烤；

4、将制作好的掩模板与硅片压紧，在紫外高压水银灯下曝光；

5、先将曝光后的硅片放入显影液中进行显影，再将硅片放入清洗液中进行漂洗，得到所需的图形；

6、将显影后的硅片放入烤箱中烘烤，之后用红外灯再进行二次烘烤；

7、使用HF酸和HNO₃酸溶液对硅片进行腐蚀，以保证每个岛的高度，在SOL上形成岛状结构的第一缓冲层。

所述的利用外延工艺可制作岛状结构的第一缓冲层，其的过程如下：

采用AlN或GaN材料作为制作SOL上第一缓冲层的外延材料，通过控制外延时的温度、压力使得外延处于岛状生长模式，调整生长时间控制单个岛的尺寸与间距，在SOL上形成岛状结构的第一缓冲层。

所述的利用选择碳化工艺制作第一缓冲层的过程如下：

首先，将制作好SOI结构的硅片衬底加热到900C⁰度到1200C⁰度，并保持15到30分钟去除氧化层与表面杂质。随后，通入丙烷气体对SOL表面进行碳化，形成SiC第一缓冲层。

第四步，使用CVD技术在第一缓冲层上外延生长SiC材料层；

第五步，使用MOCVD技术在温度为300C⁰度到600C⁰度、压力为30到100托下在SiC材料层上淀积一层AlN或GaN作为后续生长GaN器件结构层的第二缓冲层；

第六步，根据器件的类型和要求在所述第二缓冲层上利用MOCVD、MBE等方法外延生长GaN器件结构层；

该GaN器件层的结构取决于器件的类型和应用，可由不同的结构和材料构成。例如，HBT器件的器件结构层包括n型GaN、p型GaN、N型AlGaN等子层；HEMT器件的器件结构层包括本征GaN、本征AlGaN隔离层、N型AlGaN等子层。LED器件的器件结构层包括N型GaN、GaN与InGAN组成的量子阱、P型GaN、P型GaN接触层等子层。

第七步，使用常规的GaN工艺在GaN器件结构层上制作欧姆接触或肖特基接触，引出电极；

第八步，SOI结构层与第一缓冲层的剥离；

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOI的最下面的体硅层进行剥离，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液对BOX进行腐蚀；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOL进行剥离；

该剥离、腐蚀的时间t根据剥离时的温度T以及SOI各层的厚度d决定。即t＝d/μ_T，腐蚀时间单位为秒，厚度单位为纳米，u_T为温度为T度时的腐蚀速率，单位为纳米每秒。

参照图4可以省略第三步，直接在SOI结构上使用CVD方法生长SiC材料层，接着再进行第五步的制作。

通过以上的工艺步骤可得到基于自支撑SiC的GaN器件。

实例1

本发明制作基于6英寸自支撑3C-SiC的立方相GaN HEMT。

硅片选用：6英寸(111)面Si片。

SOI工艺：SIMOX。

第一缓冲层：光刻工艺制作Si岛状结构。

第二缓冲层：采用AlN材料。

参照图3本实例的制作过程如下：

1、在6英寸Si的(111)晶面上制作SOI结构，即使用SIMOX工艺制作厚度为100纳米的SOL层，厚度为150纳米的BOX层。

2、制作Si岛状结构的第一缓冲层。

首先设计单个岛的尺寸为150纳米、间距为200纳米，根据这些数据制作曝光用掩模板；

接着，使用甩胶机将聚乙烯醇肉桂酸酯KPR光刻胶均匀的黏附在6英寸(111)晶面的Si片上；

接着，将涂抹好光刻胶的6英寸(111)晶面的Si片放入80C⁰度的恒温干燥箱中进行烘烤12分钟后取出；

接着，将制作好的掩模板与6英寸(111)晶面的Si片压紧，在紫外高压水银灯下曝光；

接着，将曝光后的硅片放入丁酮溶液中进行显影，去掉未感光的光刻胶保留感光部分，然后将6英寸(111)晶面的Si片放入丙酮和去离子水中进行漂洗后取出；

接着，将漂洗后的6英寸(111)晶面的Si片放入烤箱中，在150C⁰度下烘烤20分钟，再用红外灯从背面烘烤15分钟；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时对硅片进行腐蚀，刻蚀深度为60～70纳米，形成岛状结构的第一缓冲层。

3、使用硅烷、甲烷作为硅源和碳源，温度为1400C⁰度时采用CVD技术在岛状结构的第一缓冲层上外延SiC材料。SiC的厚度约为100微米。

4、通过MOCVD低温淀积AlN第二缓冲层。

采用三乙基镓、三甲基铝与高纯氨气作为镓源、铝源与氮源，在温度约为600C⁰度，压力为40托下使用MOCVD技术外延AlN第二缓冲层。

5、使用MOCVD技术在AlN第二缓冲层上制作GaN HEMT器件结构层。

采用三乙基镓、三乙基铝、高纯氨气作为镓源、铝源与氮源，控制温度为950C⁰度，压力为40托，依次生长1000纳米的GaN、8纳米的GaN隔离层、30纳米的Al_0.3Ga_0.7N。在生长Al_0.3Ga_0.7N时通入硅烷气体进行N型掺杂，掺杂浓度为10¹⁸/cm³。

6、在GaN结构层上制作制作欧姆接触或肖特基接触，引出电极：

在Al_0.3Ga_0.7N层上通过电子束蒸发的方式淀积Ti/Al/Ni/Au、Ni/Au作为欧姆接触和肖特基接触，在金属上引出电极，形成漏极、源极与栅极。

7、将自支撑SiC材料下面的SOI结构及第一缓冲层按如下过程进行剥离；

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时对SOI的体硅层进行剥离，该腐蚀速率为每秒5.5微米，时间为45秒钟，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液在25C⁰度时对BOX进行腐蚀，该腐蚀速率为每秒32埃，时间为40秒；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时，对SOL与Si岛状缓冲层进行剥离，时间为5秒钟，最后形成基于6英寸自支撑3C—SiC的立方相GaN HEMT器件，器件的剖面参照图5。

实例2

本发明制作基于4英寸6H-SiC的六方相GaN npN HBT。

硅片选用：4英寸(100)面Si片。

SOI工艺：UNIBOND。

第一缓冲层：碳化工艺制作SiC第一缓冲层。

第二缓冲层：采用AlN材料。

参照图3，本实例的制作过程如下：

1、在4英寸Si片的(100)晶面上制作SOI结构，即使用UNIBOND工艺制作厚度为80纳米的SOL层，厚度为120纳米的BOX层。

2、首先，将衬底加热到1100C⁰度，保持30分钟去除氧化层与表面杂质。随后，通入丙烷气体对SOL表面进行碳化，形成SiC碳化层。

3、使用硅烷、甲烷分别作为Si源和碳源，温度为1400C⁰度时利用CVD技术在SiC第一缓冲层上外延SiC材料。SiC的厚度约为80微米。

4、通过MOCVD低温淀积AlN第二缓冲层。

采用三乙基镓、三甲基铝与高纯氨气作为镓源、铝源与氮源，在温度约为600C⁰度，压力为40托下使用MOCVD技术外延AlN第二缓冲层。

5、采用MOCVD技术在AlN第二缓冲层上制作GaN HBT的器件结构层。采用三乙基镓、三乙基铝、高纯氮气作为镓源、铝源与氮源，温度为950C⁰度，压力为40托。依次生长1000纳米的GaN、800纳米的重掺n型GaN、500纳米的轻掺n型GaN、150纳米的p型GaN、100纳米的n型Al_0.2Ga_0.8N。分别使用硅烷、二茂镁作为施主Si与受主Mg的气源。

6、在GaN结构层上制作制作欧姆接触或肖特基接触，引出电极。

首先，使用电感耦合等离子ICP刻蚀出基极与集电极的台面；随后，分别在台面上利用电子束蒸发淀积Ti/Al/Pt/Au、Ni/Pt/Au作为N型与P型材料的欧姆接触；最后，在这些欧姆接触上引出电极形成基极、射极、集电极。

7、对自支撑SiC材料下面的SOI结构按如下过程进行剥离。

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液，在25C⁰度时对SOI的体硅层进行剥离，其腐蚀速率为每秒5.5微米，时间为45秒钟，该体硅层位于BOX层之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液，在25C⁰度时对BOX进行腐蚀，腐蚀速率为每秒32埃，时间为40秒，以剥离掉BOX；

最后，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液，在25C⁰度时对SOL进行剥离，时间为3秒钟，最终形成基于4英寸6H-SiC的六方相GaNnpN HBT器件，器件剖面结构参照图6。

实例3

本发明制作基于4英寸自支撑6H-SiC的六方相GaN高电子迁移率HEMT器件。

硅片选用：4英寸(100)面Si片。

SOI工艺：BESOI。

第一缓冲层；外延工艺制作AlN岛状结构的第一缓冲层。

第二缓冲层；采用AlN材料。

参照图3本实例的制作过程如下；

1、在4英寸Si片的(100)晶面上制作SOI结构，即使用BESOI工艺制作厚度为30纳米的SOL层，厚度为150纳米的BOX层。

2、通过MOCVD低温淀积AlN第一缓冲层。在低温时AlN处于岛状生长模式，控制生长时间与温度形成非晶岛状缓冲层。采用三甲基铝、三乙基镓、高纯氮气作为铝源、镓源与氮源。温度约为600C⁰度，压力为40托。此外，还可使用GaN材料制作第一缓冲层，过程如下：控制生长时间与温度形成非晶岛状缓冲层。采用三乙基镓、高纯氮气作为镓源与氮源。温度约为450C⁰度，压力为40托。

3、使用硅烷、甲烷分别作为Si源和碳源，温度为1400C⁰度时利用CVD技术在岛状缓冲层上外延SiC材料。SiC的厚度约为100微米。

4、通过MOCVD低温淀积AlN第二缓冲层。

采用三乙基镓、三甲基铝与高纯氨气作为镓源、铝源与氮源，在温度约为600C⁰度，压力为40托下使用MOCVD技术外延AlN第二缓冲层。

5、采用MOCVD技术在AlN第二缓冲层上淀积GaN HEMT结构层。

采用三乙基镓、三乙基铝、高纯氨气作为镓源、铝源与氮源，温度为950C⁰度，压力为40托。依次生长1000纳米的GaN、8纳米的GaN隔离层、30纳米的Al_0.3Ga_0.7N。在生长Al_0.3Ga_0.7N时通入硅烷气体进行N型掺杂，掺杂浓度为10¹⁸/cm³。

6、在GaN结构层上制作制作欧姆接触或肖特基接触，引出电极。

先在Al_0.3Ga_0.7N层上通过电子束蒸发的方式淀积Ti/Al/Ni/Au、Ni/Au作为欧姆接触和整流接触，再在金属上引出电极，形成漏极、源极与栅极。

7、对自支撑SiC材料下面的SOI结构按如下过程进行剥离。

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时对SOI的体硅层进行剥离，该腐蚀速率为每秒5.5微米，时间为45秒钟，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液在25C⁰度时对BOX进行腐蚀，该腐蚀速率为每秒32埃，时间为40秒；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时，对SOL进行剥离，时间为5秒钟，最后形成基于6英寸自支撑6H—SiC的六方相GaN HEMT器件，器件的剖面结构参照图7。

实例4

本发明制作基于4英寸自支撑3C-SiC的立方相GaN发光二极管LED器件。

硅片选用：4英寸(111)面Si片。

SOI工艺：SIMOX。

缓冲层；采用GalN材料。

参照图4，本实例的制作过程如下：

1、在4英寸Si片的(111)晶面上制作SOI结构，即使用SIMOX制作厚度为20纳米的SOL层，厚度为150纳米的BOX层。

2、使用硅烷、甲烷分别作为Si源和碳源，温度为1400C⁰度时利用CVD技术在SOI结构层的SOL上外延SiC材料。SiC的厚度约为100微米。

3、采用三乙基镓与高纯氨气作为镓源与氮源，在温度约为450C⁰度，压力为40托下使用MOCVD技术外延GaN缓冲层。

4、采用MOCVD技术在GaN缓冲层上淀积GaN LED结构层。

采用三乙基镓、三乙基铝、三甲基铟、高纯氨气作为镓源、铝源、铟源与氮源，温度为950C⁰度，压力为40托。依次生长N型掺杂浓度为10²⁰/cm³1000纳米厚的GaN、5个周期的GaN与In_0.3Ga_0.7N组成的量子阱、250纳米的P型掺杂浓度为10¹⁷/cm³的GaN、30纳米的P型掺杂浓度为10¹⁷/cm³的GaN接触层。分别使用硅烷、二茂镁作为Si源与Mg源。

5、在GaN结构层上制作制作欧姆接触或肖特基接触，引出电极。

首先，使用ICP在P型GaN接触层上刻蚀出用于制作N型欧姆接触的台面。随后，所刻蚀出的台面及P型GaN接触层上利用电子束蒸发淀积Ti/A1/Pt/Au、Ni/Pt/Au作为N型欧姆接触与P型欧姆接触。接着，在这些欧姆接触上引出电极形成正极、负极。

6、对自支撑SiC材料下面的SOI结构按如下过程进行剥离。

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时对SOI的体硅层进行剥离，该腐蚀速率为每秒5.5微米，时间为45秒钟，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液在25C⁰度时对BOX进行腐蚀，该腐蚀速率为每秒32埃，时间为40秒；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液在25C⁰度时，对SOL进行剥离，时间为5秒钟，最后形成基于4英寸自支撑3C-SiC的立方相GaN发光二极管LED，器件剖面结构参照图8。

对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GaN器件，包括缓冲层，GaN器件结构层，其特征在于缓冲层的下面是一层自支撑的SiC层，构成该GaN器件的三层结构；

所述的自支撑SiC层，是通过在硅片上设制掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，并在表层硅SOL上设制有第一缓冲层，该第一缓冲层上外延有SiC材料层，剥离掉该SiC材料层下面的第一缓冲层和SOI结构层，形成自支撑的SiC层。

2.一种GaN器件，包括缓冲层，GaN器件结构层，其特征在于缓冲层的下面是一层自支撑的SiC层，构成该GaN器件的三层结构；所述的自支撑SiC层，是通过在硅片上设制掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，该SOI结构上外延有SiC材料层，剥离掉该SiC材料下面的SOI结构层，形成自支撑的SiC层。

3.一种制作GaN器件的方法，按如下过程进行：

(1)根据器件要求选择作为整个器件衬底的硅片晶向和尺寸；

(2)利用常规的注氧隔离SIMOX、硅片键合BESOI、智能剥离UNIBOND在所选硅片上制作掩埋氧化层BOX、表层硅SOL，形成SOI结构，即绝缘层上的硅；

(3)在所述的SOI结构上利用常规的化学汽相淀积CVD方法外延生长SiC材料层；

(4)在外延生长的SiC层上通过常规的金属有机化学汽相淀积MOCVD或分子束外延MBE方法外延生长AlN或GaN缓冲层；

(5)在所述缓冲层上利用MOCVD或MBE方法外延生长出GaN器件结构层；

(6)利用常规的GaN工艺在GaN器件结构层上制作欧姆接触和肖特基接触，引出电极；

(7)利用常规的剥离工艺将所述SiC材料下面的SOI结构层剥离掉，形成自支撑SiC的GaN器件三层结构。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过程(3)还可按如下步骤进行：

首先，在SOI结构的表层硅SOL上利用光刻或外延或碳化工艺三种不同的方法制作第一缓冲层，即第一种是利用光刻形成Si第一缓冲层，第二种是利用外延形成AlN或GaN第一缓冲层，第三种是利用碳化形成SiC第一缓冲层；然后，在该缓冲层的上面利用常规的CVD方法外延生长SiC材料层。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述过程(7)中对SOI结构层的剥离，按如下过程进行：

首先，使用比例为1：10浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOI的体硅层进行剥离，该体硅层位于BOX之下；

然后，使用浓度为12％的HF酸溶液对BOX进行腐蚀；

最后，使用比例为1：10，浓度为49％的HF酸和浓度为70％的HNO₃酸溶液对SOL进行剥离；

上述剥离、腐蚀的时间t根据剥离时的温度T以及SOI各层的厚度d决定，即t＝d/μ_T，腐蚀时间单位为秒，厚度单位为纳米，μ_T为温度为T度时的腐蚀速率，单位为纳米每秒。

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