本實用新型涉及一種Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，屬于半導體IGBT器件新型材料結構的技術應用。
背景技術：
目前IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）半導體器件通常選用Si作為器件襯底和外延層的材料。
在IGBT器件中引入GaN作為外延層，相比傳統的Si材料，具有禁帶寬度寬、臨界擊穿電場強度大、飽和電子漂移速度高、介電常數小以及良好的化學穩定性等特點，可以使IGBT器件工作在更大功率、更高電壓、更高頻率和更惡劣的高溫環境中，使IGBT半導體器件的整體性能得到了提高。
技術實現要素：
本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，在器件的N+緩沖層上先沉積一層SiC作為界面層，然后在SiC界面層上沉積GaN外延層來制作IGBT器件。
本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，N+緩沖層上和GaN外延層之間需要引入一層SiC界面層，是因為在N+緩沖層上直接生長GaN外延層，會存在許多技術困難。首先，GaN在高溫條件下易于N+緩沖層的Si發生劇烈的合金反應造成腐蝕。其次，由于GaN和Si之間存在較大的晶格失配和熱失配，會在外延層中造成大量的缺陷和位錯，引起外延層龜裂等一系列的問題。
選擇SiC作為界面層的好處是：SiC和GaN同為寬禁帶半導體材料，具有禁帶寬度寬、擊穿電壓高、物理化學性質穩定以及熱穩定性好等特點。SiC的熱穩定性好，可以防止GaN外延層在高溫下與襯底Si發生反應而腐蝕襯底和外延層。SiC與GaN的晶格常數接近，二者之間的晶格失配僅為3.5%，熱失配為25%，比Si與GaN之間的失配程度小。SiC和Si之間的晶格失配可以通過對Si表面進行碳化來改善。選用SiC作為界面層，可以很大程度地減少外延層和襯底之間的應力，提高外延層生長的質量。
本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，器件中引入了GaN外延層，比傳統的Si外延層具有以下優點：
1） GaN的禁帶寬度3.42eV遠遠大于Si的1.12eV。寬禁帶半導體材料的抗輻射能力強，同時寬禁帶材料的本征載流子濃度極低，保證器件在高溫應用下的電學穩定性；
2） GaN的臨界擊穿電場為3.3MV/eV遠遠高于Si的0.25MV/eV，因此器件可以承受更高的電壓，提高器件的最大輸出功率；
3） GaN的電子飽和漂移速度為2.5x107cm/s，是Si的2.5倍。較大的載流子漂移飽和速度，可以改善器件的頻率特性；
4） GaN的相對介電常數為9.5，小于Si的11.8。GaN外延IGBT器件的PN結電容較小，更適合于高頻應用場合。
附圖說明
圖1 本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件元胞結構圖。
圖中1發射極，2柵極，3柵氧介質，4 P+阱，5 GaN外延層，6 SiC界面層，7 N+緩沖層(Si)，8 P+襯底(Si)，9集電極。
具體實施方式
本實用新型設計的一種Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，結構如圖1所示，在器件的N+緩沖層(Si)7上沉積一層SiC界面層6，在SiC界面層6上沉積GaN外延層5。
本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，其SiC界面層6和GaN外延層5的具體制作方法為：
首先，在N+緩沖層(Si)7上沉積一層SiC作為界面層。在MOCVD（金屬有機物化學氣相沉積）設備的腔體內先對器件的N+緩沖層(Si)7的Si表面進行碳化處理；在腔體內通入制程氣體C3H8，腔體溫度控制在1050 oC，腔體內壓力控制在1000 mTorr，對N+緩沖層(Si)7的Si表面進行5 min的碳化。碳化處理后，在同一腔體內通入制程氣體SiH4、C3H8和H2，腔體溫度控制在1350 oC，腔體內壓力控制在1000 mTorr，在N+緩沖層(Si)7上沉積一層SiC作為界面層， 反應原理為3SiH4↑ + C3H8↑→3SiC + 10H2↑。
其次，在SiC界面層6上沉積GaN外延層5。生長完SiC界面層6之后，在同一個MOCVD設備的腔體內沉積GaN外延: 以三甲基鎵TMGa作為Ga源，NH3作為N源，H2作為載氣，沉積溫度為1050oC，腔體氣壓為1000mTorr，沉積GaN外延層5，反應原理為Ga(CH3)3↑ + NH3↑→GaN + 3CH4↑。
由上述可知，本實用新型設計的Si襯底-GaN外延的IGBT半導體器件，相比傳統的Si襯底和外延的器件，具有工作功率更大、耐壓更高、頻率更快、更耐高溫性以及可靠性更好等優點，使IGBT半導體器件的整體性能得到了提升。