一种基于激光加工的SiC热沉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光加工的SiC热沉及其制备方法，该SiC热沉由底部至顶部依次包括SiC层、SiO

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光加工的SiC热沉及其制备方法
本专利技术属于半导体器件制造
，特别涉及一种基于激光加工的SiC热沉及其制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)因禁带宽度大(～3.23ev)、击穿电场高(2.5-3.5MVcm-1，Si0.6MVcm-1)、热导率大(4.9Wcm-1K-1)等特性，使SiC器件可以工作在高电压、高开关频率、高功率密度的场合。因其热导率优异，在半导体激光器等功率器件制作领域，是热沉制作的关键材料，以SiC为代表的第三代半导体材料将是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。半导体器件的核心技术之一是散热技术，因为通常半导体芯片的尺寸很小，工作时热流密度极高，如果不能及时散热，会使结点温度升高，将极大地影响其阈值功率、输出功率、波长和平均寿命等参数，甚至彻底损坏器件。热沉是半导体器件热量传递时的容器，属于散热技术的关键核心部件，热沉的散热能力决定了半导体器件的性能和寿命。随着对大功率半导体器件的应用需求，有效的散热装置对器件设计至关重要。中国专利200910018772提供了一种利用PS球作模板制作半导体器件粗化表面的方法。包括以下步骤：(1)按常规外延生长外延片；(2)在外延生长的P型接触层上铺设一层由PS球紧密排布组成的单层膜；(3)以硅酸四乙酯、金属的氯化物或硝酸盐为前躯体，将前躯体、乙醇和水混合后填充在单层膜的PS球与P型接触层之间的间隙中，室温静置并加热分解为相应的氧化物；(4)将外延片置于二氯甲烷中，用二氯甲烷溶解去除掉PS球，在PS球与P型接触层之间的间隙中形成的氧化物按碗状周期排列结构保留在P型接触层上；(5)用形成的氧化物作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(6)腐蚀掉残留的氧化物。该专利技术可得到刻蚀周期和深度可控的粗化器件表面。此方法利用PS微球作为模板通过ICP刻蚀对p-GaN表面进行粗化的设计异常繁琐，此过程引入一系列的腐蚀及化学过程，并且使用了PS微球这一价格昂贵的辅助耗材，使得芯片制作成本大幅提高，不适宜与芯片生产工艺相结合。并且此方法亦没有避免ICP刻蚀工艺对于器件的电学性能的破坏和成本的提高。不涉及本专利技术所使用的采用激光加工的方法进行图案化处理。中国专利200910018771公开了一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法。利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，包括以下步骤：(1)按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，衬底为GaAs材料；(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO薄膜；(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1分钟，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。此方法需要两次蒸镀ITO电流扩展层，成本较正常LED工艺明显提高。此外，亦没有避免ICP刻蚀工艺对于LED器件的电学性能的破坏。并且此方法需要使用浓盐酸，由于浓盐酸具有强腐蚀性及强挥发性，可能会对其他精密设备及操作人员造成一定损害。不涉及本专利技术所使用的采用激光加工的方法进行图案化处理。中国专利201010182003.3专利技术了一种基于SiC热沉的单模大功率垂直腔面发射激光器。包括N电极，SiC衬底，N型DBR、有源区、氧化限制层，P型DBR、SiC(电极+窗口+热沉)、Si0，掩模，焊料。本专利技术特色在于采用倒装顶发射结构。出光窗口制作在P型DBR上，采用顶部出光方式，热沉也置于P面一端。SiC晶片经特殊技术改性处理后同时具备高热导率、高电导率以及近红外波段光的高透过率。以SiC晶片替代传统结构中P电极、出光窗口和热沉，将三者的功能合三为一。SiC晶片作为电极，以平面电极或非均匀网格电极形式代替传统VCSEL的环形P电极；SiC晶片作为热沉材料，热膨胀系数与GaAs类材料相近，与外延片中的P面直接倒装连接；SiC晶片同时成为出光窗口。不涉及本专利技术所使用的采用激光加工的方法进行图案化处理。中国专利201710112965.3提供了一种用于高功率半导体激光器的热沉，包括：金刚石基底；制备于所述金刚石基底表面的金属层；在所述金属层表面制备有用于焊接激光器芯片的焊接层。此专利技术使用高热导率的金刚石材料为基底制作热沉，提高了半导体激光器芯片工作时的散热效率，降低芯片的工作温度，解决了高功率激光器芯片的散热不佳的技术问题。不涉及本专利技术所设计利用SiC材料作为热沉。中国专利201010182003.3本专利技术涉及一种基于SiC热沉的单模大功率垂直腔面发射激光器。包括N电极，SiC衬底，N型DBR、有源区、氧化限制层，P型DBR、SiC(电极+窗口+热沉)、Si0，掩模，焊料。本专利技术特色在于采用倒装顶发射结构。出光窗口制作在P型DBR上，采用顶部出光方式，热沉也置于P面一端。SiC晶片经特殊技术改性处理后同时具备高热导率、高电导率以及近红外波段光的高透过率。以Sic晶片替代传统结构中P电极、出光窗口和热沉，将三者的功能合三为一。SiC晶片作为电极，以平面电极或非均匀网格电极形式代替传统VCSEL的环形P电极；Sic晶片作为热沉材料，热膨胀系数与GaAs类材料相近，与外延片中的P面直接倒装连接；SiC晶片同时成为出光窗口。不涉及本专利技术所使用的采用激光加工的方法对SiC进行图案化处理。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于激光加工的SiC热沉及其制备方法，以达到提升SiC热沉散热性能的目的。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于激光加工的SiC热沉，由底部至顶部依次包括SiC层、SiO2-SiO2键合层，以及半导体晶体层，所述SiO2-SiO2键合层由第一SiO2层和第二SiO2层键合得到，所述第二SiO2层位于第一SiO2层上方，所述第一SiO2层和SiC层上通过激光加工方法得到凹槽。上述方案中，所述第一SiO2层通过PECVD、溅射或电子束蒸发技术在SiC层上沉积得到。上述方案中，所述第二SiO2层通过MOCVD技术生长在半导体晶体层上。上述方案中，所述半导体晶体层的材料选自GaAs、InAs、GaN、InP、AlP、GaP、InGaAsP、AlGaInP、AlGaAs。上述方案中，所述激光加工方法中选用355nm激光器，功率为2.5W，重复频率为0-1MHz。上述方案中，所述第一SiO2层和第二SiO2层键合的方法选自粘合剂键合、阳极键合或等离子活化键合。进一步的技术方案中，所述粘合剂键合的粘合剂包括环氧树脂、干膜、双苯环丁烯、聚酰亚胺和UV固化化合物。一种基于激光加工的SiC热沉的制备方法，包括如下步骤：(1)在SiC层上通过PECVD、溅射或电子束蒸发技术沉积第一SiO2层；(2)在第一SiO2层和SiC层上通过激光加工方法得到凹槽；(3)在半导体晶体层上通过MOCVD技术生长第二SiO2层；(4)将第一SiO2层和第二SiO2层进行键合，得到S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光加工的SiC热沉，其特征在于，由底部至顶部依次包括SiC层、SiO

【技术特征摘要】
1.一种基于激光加工的SiC热沉，其特征在于，由底部至顶部依次包括SiC层、SiO2-SiO2键合层，以及半导体晶体层，所述SiO2-SiO2键合层由第一SiO2层和第二SiO2层键合得到，所述第二SiO2层位于第一SiO2层上方，所述第一SiO2层和SiC层上通过激光加工方法得到凹槽。


2.根据权利要求1所述的一种基于激光加工的SiC热沉，其特征在于，所述第一SiO2层通过PECVD、溅射或电子束蒸发技术在SiC层上沉积得到。


3.根据权利要求1所述的一种基于激光加工的SiC热沉，其特征在于，所述第二SiO2层通过MOCVD技术生长在半导体晶体层上。


4.根据权利要求1所述的一种基于激光加工的SiC热沉，其特征在于，所述半导体晶体层的材料选自GaAs、InAs、GaN、InP、AlP、GaP、InGaAsP、AlGaInP、AlGaAs。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：左致远，康汝燕，张子琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37