本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，具體涉及一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)及制備方法。
背景技術(shù)：
1、射頻領(lǐng)域是氮化鎵(gan)技術(shù)的一大重要應(yīng)用場景，由于具有優(yōu)異的電子遷移率、高飽和速率、高擊穿電壓以及強抗輻射能力，gan材料已經(jīng)成為5g基站建設(shè)的核心技術(shù)，氮化鎵功率放大器能夠顯著提升基站性能，同時減少設(shè)備體積和功耗。隨著5g網(wǎng)絡(luò)的快速部署，氮化鎵功率放大器在基站設(shè)備中的應(yīng)用比例持續(xù)攀升，未來還將助力6g網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
2、其中，在硅襯底上外延氮化鎵材料，在工藝的適配性以及成本把控方面有著巨大的優(yōu)勢，而且可以與cmos工藝進行集成，可以實現(xiàn)集成度更高的芯片。此外，硅基氮化鎵的性能略遜于碳化硅基氮化鎵，但已經(jīng)能達到ldmos功率密度的5-8倍，在高于2ghz頻率時，成本與同等性能ldmos相仿。
3、但是在硅襯底上直接外延氮化鎵材料的過程中，由于硅襯底與氮化鎵材料之間存在著較大的晶格失配以及熱失配，導(dǎo)致直接在硅襯底上外延氮化鎵材料會導(dǎo)致氮化鎵的晶體質(zhì)量較差，或者氮化鎵外延層在降溫的過程中會直接碎裂。為了解決這個問題，通常在硅襯底和氮化鎵外延層之間引入較厚的成核層或者漸變緩沖層。但是外延aln成核層以及algan漸變緩沖層的時候，由于al、ga原子在硅襯底的表面和內(nèi)部發(fā)生擴散，在si襯底和aln成核層之間的界面處形成了p型導(dǎo)電通道。p型導(dǎo)電通道的存在會導(dǎo)致si基gan材料存在較大的射頻損耗問題，造成信號傳輸?shù)膿p耗，影響信號的精準(zhǔn)性和器件的工作效率以及嚴(yán)重影響器件性能，包括輸出功率、功率附加效率、增益等。
4、為了解決這個問題，需要降低aln/si界面處的p型導(dǎo)電通道的濃度。目前，最主要的解決方法有：一、降低aln的生長溫度和厚度；二、在aln/si界面處通過離子注入p離子來中和al、ga的擴散等。但是這些方法得到的si基gan的晶體質(zhì)量相比于其他襯底來說仍然較差，需要進一步改善。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)及制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
2、第一方面，本發(fā)明提供一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，包括：
3、襯底，包括預(yù)處理層，位于襯底的一側(cè)，預(yù)處理層包括多個間隔排布的二氧化硅單元；其中，襯底為單晶硅襯底；
4、成核層，與襯底層疊設(shè)置，位于襯底中設(shè)置預(yù)處理層的表面；
5、漸變超晶格緩沖層，與成核層層疊設(shè)置，位于成核層背離襯底的表面；
6、氮化鎵層，與漸變超晶格緩沖層層疊設(shè)置，位于漸變超晶格緩沖層背離襯底的表面。
7、第二方面，本發(fā)明還提供一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，用于制備上述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，包括：
8、提供一襯底；其中，襯底為單晶硅襯底；
9、在襯底上制作光刻膠掩模圖形；
10、在襯底上設(shè)置光刻膠掩模圖形的一側(cè)進行氧離子注入，再去除光刻膠掩模圖形；
11、對襯底進行熱退火，形成多個間隔排布的二氧化硅單元，構(gòu)成預(yù)處理層；
12、在襯底設(shè)置預(yù)處理層的表面生長成核層；
13、在成核層背離襯底的表面生長漸變超晶格緩沖層；
14、在漸變超晶格緩沖層背離襯底的表面生長氮化鎵層。
15、本發(fā)明的有益效果：
16、本發(fā)明提供的一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)及制備方法，包括依次層疊設(shè)置的si襯底、aln成核層、algan漸變緩沖層和gan層，si襯底中設(shè)置有間隔排布的二氧化硅單元，由于al原子在si襯底的擴散速率遠小于sio2在si襯底的擴散速率，相比于沒有設(shè)置二氧化硅單元的si襯底區(qū)域，使得二氧化硅單元中al擴散導(dǎo)致的p型導(dǎo)電通道幾乎不存在；并且，o在si襯底中是n型導(dǎo)電，多余的o擴散到si襯底中會進一步中和al在si襯底中擴散導(dǎo)致的p型導(dǎo)電通道，降低襯底中的p型導(dǎo)電通道濃度，從而降低射頻損耗。
17、此外，由于gan與si晶體之間具有較大的晶格失配(16.9％)與熱膨脹系數(shù)失配(56％)，在si襯底上設(shè)置gan外延層不僅具有較高的位錯密度，且由熱失配帶來的張應(yīng)力將會使其具有較大的殘余應(yīng)變。本實施例在高阻硅襯底上形成了sio2區(qū)域，由于si與sio2的熱膨脹系數(shù)不同，sio2單元的引入會因為熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，可以進一步補償由熱失配帶來的張應(yīng)力，從而提高gan的晶體質(zhì)量，降低gan的位錯密度與翹曲。
18、以下將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
1.一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底的電阻率大于或等于5000ω·cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底的厚度為0.6～1mm，所述預(yù)處理層的厚度為20～100nm，所述成核層的厚度為100～300nm，所述漸變超晶格緩沖層的厚度為2～3μm，所述氮化鎵層的厚度為1.5～3μm。
4.一種低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，用于制備如權(quán)利要求1～3任一項所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，在所述襯底上制作光刻膠掩模圖形，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，在所述襯底上設(shè)置所述光刻膠掩模圖形的一側(cè)進行氧離子注入，再去除所述光刻膠掩模圖形，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，對所述襯底進行熱退火，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，在所述襯底設(shè)置所述預(yù)處理層的表面生長成核層，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，在所述成核層背離所述襯底的表面生長漸變超晶格緩沖層，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低射頻損耗的硅基氮化鎵外延結(jié)構(gòu)制備方法，其特征在于，在所述漸變超晶格緩沖層背離所述襯底的表面生長氮化鎵層，包括：