一种基于钻石散热层增强散热能力的制造技术

本发明专利技术提供一种基于钻石散热层增强散热能力的

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻石散热层增强散热能力的GaN HEMT及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
及制备方法
。

技术介绍

[0002]继以半导体
Si
为代表的第一代半导体材料和以
GaAs
为代表的第二代半导体材料之后，以
GaN
为代表的宽禁带半导体材料，在近年来迅速发展起来的新型半导体材料
。GaN
材料是直接宽带隙半导体材料，因其带隙宽度大
、
发光效率高
、
电子漂移饱和速度高
、
热导率高
、
硬度大
、
介电常数小
、
化学性质稳定以及抗辐射
、
耐高温等特点，使其高亮度蓝光发光二极管
、
蓝光激光器和紫外探测器等光电子器件以及抗辐射
、
高频
、
高温
、
高压等电子器件领域有着巨大的应用潜力和广阔的市场前景，是微电子
、
电力电子
、
光电子等高新技术以及国防工业
、
信息产业
、
机电产业和能源产业等支柱产业进入
21
世纪以后赖以继续发展的关键基础材料，因此引起人们的极大兴趣和广泛关注
。
[0003]GaN
具有高的电离度，在
III
‑
V<br/>族化合物中是最高的
。
在室温下，
GaN
不溶于水
、
酸和碱，而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解
。GaN
在
HCl、H2
气或高温下呈现不稳定特性，而在
N2
气下最为稳定
。
在大气压力下，六方纤锌矿结构
GaN
晶体，它在一个元胞中有4个原子，原子体积大约为
GaAs
的一半
。
它是坚硬的高熔点材料，熔点约为
1700℃,
同时是极稳定的化合物
。
[0004]GaN
半导体被广泛用作射频和电力电子器件的衬底，如
HEMT
器件
。
这些器件具有较高的电子饱和速度
、
击穿场强
、
功率密度和热导率
。
然而，
GaN HEMT
的高发热特性使得器件级散热成为亟需解决的关键问题，因为在高温下器件性能或会出现退化甚至失效
。
随着
GaN HEMT
器件的不断发展，栅指后热通量可达几十
kW/cm2，而整个有源区的平均热通量可超过
1000W/cm2。
为保持结温在可接受的范围之内，势必要减少
GaN
器件和冷板之间的热阻
。
因此，应将散热器由封装或模块外部移向内部，以减少结区至环境的热阻
。
由于
GaN HEMT
器件的主要发热位置在顶面附近，在器件顶面设置无源或有源散热器被认为是一种颇具潜力的热管理方案
。
虽然这些方案被证明有效，但却影响器件的性能水平，并导致电气互连困难
。
此外，顶
‑
底双面散热很可能具有更好的散热性能；然而，这种技术的工艺可行性较低，同时会进一步劣化器件性能及增加电气互连的难度
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
及制备方法，该
GaN HEMT
结合外延钻石散热层和背部散热柱
、
散热片结构的方法，实现双面散热，可以将
GaN HEMT
的散热效果提升数倍
。
[0006]一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，包括：第一钻石层和
GaN
层；
[0007]所述
GaN
层包括第一
GaN
层和第二
GaN
层；
[0008]所述第一钻石层位于所述第一
GaN
层和所述第二
GaN
层之间；
[0009]所述第一钻石层用于传导
GaN
层的热量至外界
。
[0010]优选地，还包括：多个散热柱和散热片；
[0011]所述散热片位于衬底下方；
[0012]GaN
层开设有沟槽；
[0013]衬底开设有通孔；
[0014]所述沟槽和所述通孔连通；
[0015]所述散热柱填充于所述沟槽和所述通孔中；
[0016]所述散热柱与所述散热片相连；
[0017]所述散热片用于传导散热柱的热量至外界；
[0018]所述散热柱用于传导
GaN
层的热量至所述散热片
。
[0019]优选地，还包括：散热膜；
[0020]所述散热膜贴附于所述沟槽壁；
[0021]所述散热膜用于传导
GaN
层的热量至所述散热柱
。
[0022]优选地，还包括：第二钻石层；
[0023]所述第二钻石层位于钝化层上方；
[0024]所述第二钻石层用于传导钝化层的热量
。
[0025]优选地，所述第一钻石层的厚度为
0.5
‑
1um
；
[0026]所述第二钻石层的厚度为1‑
2um。
[0027]优选地，所述散热柱的材料包括：铜
、
铝
、
银
、
金；
[0028]所述散热片的材料包括：铜
、
铝
、
银
、
金；
[0029]所述散热膜的材料包括：铜
、
铝
、
银
、
金
。
[0030]优选地，所述散热膜的厚度为
0.1
‑
0.2um。
[0031]优选地，所述散热柱的高度为
5.5
‑
6.5um
，宽度为
0.25
‑
4.5um。
[0032]一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
制备方法，包括：
[0033]在
GaN
层上方依次外延钻石层
、GaN
层和
AlGaN
层；
[0034]在
AlGaN
层上方沉积金属电极和钝化层；
[0035]在钝化层上方外延钻石层
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，其特征在于，包括：第一钻石层和
GaN
层；所述
GaN
层包括第一
GaN
层和第二
GaN
层；所述第一钻石层位于所述第一
GaN
层和所述第二
GaN
层之间；所述第一钻石层用于传导
GaN
层的热量至外界
。2.
根据权利要求1所述的一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，其特征在于，还包括：多个散热柱和散热片；所述散热片位于衬底下方；
GaN
层开设有沟槽；衬底开设有通孔；所述沟槽和所述通孔连通；所述散热柱填充于所述沟槽和所述通孔中；所述散热柱与所述散热片相连；所述散热片用于传导散热柱的热量至外界；所述散热柱用于传导
GaN
层的热量至所述散热片
。3.
根据权利要求2所述的一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，其特征在于，还包括：散热膜；所述散热膜贴附于所述沟槽壁；所述散热膜用于传导
GaN
层的热量至所述散热柱
。4.
根据权利要求1所述的一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，其特征在于，还包括：第二钻石层；所述第二钻石层位于钝化层上方；所述第二钻石层用于传导钝化层的热量
。5.
根据权利要求4所述的一种基于钻石散热层增强散热能力的
GaN HEMT
，其特征在于，所述第一钻石层的厚度为
0.5
‑
1um
；所述第二钻石层的厚度为1‑
2um。6.

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龙江，
申请(专利权)人：深圳天狼芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：