[發明專利]氮化鎵基半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201110259899.5
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102403347A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 李哉勛;金基世
• 申請（專利權）人: 三星LED株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張波

技術領域

本公開涉及半導體器件及其制造方法，更具體地，涉及氮化鎵基半導體器件及其制造方法。

背景技術

近來，隨著信息和通訊技術的快速發展，用于高速和大容量信號傳輸的技術正在快速發展。就此而言，隨著對個人移動電話、衛星通訊、軍用雷達、廣播通訊和通訊中繼器件的需求的增大，對使用微波和毫米波段的高速遠程通訊系統所需的高速和高功率電子器件的要求已經提高。用于控制相對高水平功率的功率器件在包括通訊領域的許多領域中用于各種目的，正在對其進行各種類型的研究。

氮化鎵(GaN)基半導體具有優良的材料屬性，諸如大的能隙、高的熱和化學穩定性、高的電子飽和速度(～3×10⁷cm/sec)等，因此GaN基半導體可以不僅應用到光學器件，還可以應用到高頻和高功率電子器件。采用GaN基半導體的電子器件具有各種優點，諸如高的擊穿電場(～3×10⁶V/cm)、高的最大電流密度、穩定的高溫操作特性、高熱導率等。特別地，在采用GaN基異質結結構的異質結構場效應晶體管(HFET)的情形下，由于結界面處的能帶不連續性大，所以電子可以密集地集中在結界面處，因此電子遷移率可以進一步增大。由于這樣的材料屬性，GaN基半導體可以應用到高功率器件。

然而，由于GaN基半導體器件通常使用具有較低熱導率的藍寶石襯底，所以GaN基半導體器件不具有良好的散熱特性。盡管為了改善散熱特性可以使用SiC襯底來代替藍寶石襯底，但是SiC襯底較昂貴(是藍寶石襯底的約10倍貴)，因此用于制造GaN基半導體器件的總體成本增加。此外，在使用GaN基半導體器件作為功率器件的情形下，存在與電壓耐受特性、制造工藝等相關的各種問題。

發明內容

本發明的示范性實施例提供氮化鎵基半導體器件，其可以容易地散熱、在改善電壓耐受特性方面具有優點，并具有優良的操作特性。

本發明的示范性實施例還提供制造GaN基半導體器件的方法。

根據本發明的一方面，氮化鎵(GaN)基半導體器件包括：散熱襯底；GaN基多層，布置在散熱襯底上，具有N面極性，并包括2維電子氣(2DEG)；以及布置在GaN基多層上的柵極、源極和漏極。

柵極可以具有平坦型結構。

柵極可以具有雙凹陷結構。在此情形下，雙凹陷區域可以布置在GaN基多層中，柵極可以布置在雙凹陷區域中。

散熱襯底可以包括具有比藍寶石襯底更高的熱導率的材料。

散熱襯底可以是非晶AlN襯底、晶體AlN襯底、Si襯底、Ge襯底、非晶SiC襯底和陶瓷襯底中的一種。

GaN基多層可以包括：布置在散熱襯底上的Al_xGa_1-xN層(0.1≤x≤0.6)；以及布置在Al_xGa_1-xN層上的Al_yGa_1-yN層(0≤y＜0.01)。

GaN基多層還可以包括布置在散熱襯底與Al_xGa_1-xN層之間的高電阻GaN基材料層。

高電阻GaN基材料層可以具有大于或等于10⁹Ω/sq的電阻。

根據本發明的另一方面，氮化鎵(GaN)基半導體器件包括：散熱襯底；GaN基多層，布置在散熱襯底上，具有N面極性，并包括2維電子氣(2DEG)；陰極，與GaN基多層的第一區域形成肖特基接觸；以及陽極，與GaN基多層的第二區域形成歐姆接觸。

散熱襯底可以包括具有比藍寶石襯底更高的熱導率的材料。

散熱襯底可以是非晶AlN襯底、晶體AlN襯底、Si襯底、Ge襯底、非晶SiC襯底和陶瓷襯底中的一種。

GaN基多層可以包括：布置在散熱襯底上的Al_xGa_1-xN層(0.1≤x≤0.6)；以及布置在Al_xGa_1-xN層上的Al_yGa_1-yN層(0≤y＜0.01)。

GaN基多層還可以包括布置在散熱襯底與Al_xGa_1-xN層之間的高電阻GaN基材料層。

高電阻GaN基材料層可以具有大于或等于10⁹Ω/sq的電阻。