一种氮化镓器件散热结构及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115863276A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211651146.3(22)申请日2022.12.21(71)申请人安徽大学地址230039安徽省合肥市肥西路3号(72)发明人唐曦李小慧赵长辉李惠姜明甘伟姜俊松(74)专利代理机构上海元好知识产权代理有限公司31323专利代理师张双红张静洁(51)Int.Cl.H01L23/367(2006.01)H01L23/373(2006.01)H01L21/48(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种氮化镓器件散热结构及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮化镓器件散热结构及其制备方法，包括：衬底，自上而下依次形成在衬底上的GaN器件层和过渡层；过渡层和衬底构成一异质结衬底。本发明的过渡层和衬底构成一种异质结衬底，实现GaN器件在高功率运行时所需的高效散热，进而大幅度提升GaN器件的功率密度以及可靠性。CN115863276ACN115863276A权利要求书1/1页1.一种氮化镓器件散热结构，其特征在于，包括：衬底，自上而下依次形成在所述衬底上的GaN器件层和过渡层；所述过渡层和所述衬底构成一异质结衬底。2.如权利要求1所述的氮化镓器件散热结构，其特征在于，所述衬底为单晶或多晶金刚石。3.如权利要求2所述的氮化镓器件散热结构，其特征在于，所述过渡层为氮化硼。4.如权利要求1所述的氮化镓器件散热结构，其特征在于，所述GaN器件层为高电子迁移率晶体管或射频器件。5.如权利要求1所述的氮化镓器件散热结构，其特征在于，所述过渡层的厚度为2nm～20nm。6.如权利要求3所述的氮化镓器件散热结构，其特征在于，所述过渡层的晶相为六方氮化硼和立方氮化硼中的任意一种或其组合。7.一种氮化镓器件散热结构的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1、提供金刚石衬底；步骤S2、采用脉冲激光沉积方法在所述衬底上形成氮化硼过渡层；步骤S3、提供牺牲层，在所述牺牲层上形成GaN器件层；步骤S4、在所述GaN器件层上形成临时载体层；步骤S5、去除所述牺牲层；步骤S6、将所述GaN器件层键合在所述过渡层上；步骤S7、去除所述临时载体层。8.如权利要求7所述的氮化镓器件散热结构的制备方法，其特征在于，还包括：对牺牲晶圆进行湿法刻蚀。9.如权利要求8所述的氮化镓器件散热结构的制备方法，其特征在于，所述金刚石衬底的表面粗糙度小于5nm。10.如权利要求9所述的氮化镓器件散热结构的制备方法，其特征在于，执行所述步骤S6之前，还包括：将GaN器件层的GaN表面以及所述过渡层的表面加工到纳米级粗糙度。2CN115863276A说明书1/4页一种氮化镓器件散热结构及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及新型半导体器件热管理技术研究领域，特别是涉及基于氮化硼(BN)/金刚石异质结衬底的氮化镓(GaN)器件散热结构及其制备方法。背景技术[0002]金刚石材料具有优异的物理与化学性质，如高弹性模量、高电阻率、高击穿场强、高热导率和化学稳定性好，使它成为一种非常有应用前景的电子器件材料。金刚石的热导率高达20W/(cm·K)，是自然界所有物质中最高的。同时具有极高的绝缘性，成为众多高功率电子器件热沉的良好选择。[0003]对于GaN基器件，例如：GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有大带宽、高功率密度、高功率附加效率和高可靠性等优点，是5G通讯和雷达等高频高功率系统应用的核心元器。在国防领城，GaN基器件主要用于有源电子扫描阵列雷达中。GaN基器件具有小体积优势，有利于系统微型化和大功率化。然而，随着功率密度的增加，器件有源区的“自热效应”迅速增加，导致其各项性能指标迅速恶化、寿命减少。因此，散热问题成为制约GaN基器件进一步发展的主要技术瓶颈之一。为解决GaN基器件的散热问题，通常将GaN基器件键合在具有良好热导率的衬底上，目前主流的GaN基器件(例如，GaN射频器件)大多采用碳化硅(SiC)和硅(Si)衬底，相较而言，金刚石衬底具有最高的热导率，可实现可靠的大功率运行所需的最佳散热条件。由于生长大尺寸金刚石衬底的技术难度高和价格成本居高不下，金刚石衬底的GaN基器件的制备仍存在晶圆尺寸小、缺陷密度大、沟道/衬底界面热阻高等问题。[0004]目前基于金刚石衬底的GaN基器件的键合技术主要有两种技术路线，分别是低温键合和GaN外延层生长。低温键合路线的难点在于大尺寸金刚石衬底的高精度加工和较差的界面结合强度。GaN外延层生长可以增强GaN层与金刚石界面的结合强度，但同样具有不耐高温、晶圆应力大、界面热阻高等技术难点。发明内容[0005]本发明的目的在于提供了一种氮化镓器件散热结构及其制备方法，实现解决GaN器件在