本实用新型涉及一种Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，属于半导体IGBT器件新型材料结构的技术应用。
背景技术：
目前IGBT（绝缘栅双极型晶体管）半导体器件通常选用Si作为器件衬底和外延层的材料。
在IGBT器件中引入GaN作为外延层，相比传统的Si材料，具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，可以使IGBT器件工作在更大功率、更高电压、更高频率和更恶劣的高温环境中，使IGBT半导体器件的整体性能得到了提高。
技术实现要素：
本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，在器件的N+缓冲层上先沉积一层SiC作为界面层，然后在SiC界面层上沉积GaN外延层来制作IGBT器件。
本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，N+缓冲层上和GaN外延层之间需要引入一层SiC界面层，是因为在N+缓冲层上直接生长GaN外延层，会存在许多技术困难。首先，GaN在高温条件下易于N+缓冲层的Si发生剧烈的合金反应造成腐蚀。其次，由于GaN和Si之间存在较大的晶格失配和热失配，会在外延层中造成大量的缺陷和位错，引起外延层龟裂等一系列的问题。
选择SiC作为界面层的好处是：SiC和GaN同为宽禁带半导体材料，具有禁带宽度宽、击穿电压高、物理化学性质稳定以及热稳定性好等特点。SiC的热稳定性好，可以防止GaN外延层在高温下与衬底Si发生反应而腐蚀衬底和外延层。SiC与GaN的晶格常数接近，二者之间的晶格失配仅为3.5%，热失配为25%，比Si与GaN之间的失配程度小。SiC和Si之间的晶格失配可以通过对Si表面进行碳化来改善。选用SiC作为界面层，可以很大程度地减少外延层和衬底之间的应力，提高外延层生长的质量。
本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，器件中引入了GaN外延层，比传统的Si外延层具有以下优点：
1） GaN的禁带宽度3.42eV远远大于Si的1.12eV。宽禁带半导体材料的抗辐射能力强，同时宽禁带材料的本征载流子浓度极低，保证器件在高温应用下的电学稳定性；
2） GaN的临界击穿电场为3.3MV/eV远远高于Si的0.25MV/eV，因此器件可以承受更高的电压，提高器件的最大输出功率；
3） GaN的电子饱和漂移速度为2.5x107cm/s，是Si的2.5倍。较大的载流子漂移饱和速度，可以改善器件的频率特性；
4） GaN的相对介电常数为9.5，小于Si的11.8。GaN外延IGBT器件的PN结电容较小，更适合于高频应用场合。
附图说明
图1 本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件元胞结构图。
图中1发射极，2栅极，3栅氧介质，4 P+阱，5 GaN外延层，6 SiC界面层，7 N+缓冲层(Si)，8 P+衬底(Si)，9集电极。
具体实施方式
本实用新型设计的一种Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，结构如图1所示，在器件的N+缓冲层(Si)7上沉积一层SiC界面层6，在SiC界面层6上沉积GaN外延层5。
本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，其SiC界面层6和GaN外延层5的具体制作方法为：
首先，在N+缓冲层(Si)7上沉积一层SiC作为界面层。在MOCVD（金属有机物化学气相沉积）设备的腔体内先对器件的N+缓冲层(Si)7的Si表面进行碳化处理；在腔体内通入制程气体C3H8，腔体温度控制在1050 oC，腔体内压力控制在1000 mTorr，对N+缓冲层(Si)7的Si表面进行5 min的碳化。碳化处理后，在同一腔体内通入制程气体SiH4、C3H8和H2，腔体温度控制在1350 oC，腔体内压力控制在1000 mTorr，在N+缓冲层(Si)7上沉积一层SiC作为界面层， 反应原理为3SiH4↑ + C3H8↑→3SiC + 10H2↑。
其次，在SiC界面层6上沉积GaN外延层5。生长完SiC界面层6之后，在同一个MOCVD设备的腔体内沉积GaN外延: 以三甲基镓TMGa作为Ga源，NH3作为N源，H2作为载气，沉积温度为1050oC，腔体气压为1000mTorr，沉积GaN外延层5，反应原理为Ga(CH3)3↑ + NH3↑→GaN + 3CH4↑。
由上述可知，本实用新型设计的Si衬底-GaN外延的IGBT半导体器件，相比传统的Si衬底和外延的器件，具有工作功率更大、耐压更高、频率更快、更耐高温性以及可靠性更好等优点，使IGBT半导体器件的整体性能得到了提升。