[發明專利]氮化鎵基半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201110271026.6
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102403348A
• 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;H01L29/06;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被快速地發展。就這方面來說，隨著對個人移動電話、衛星通訊、軍事雷達、廣播通訊和通訊中繼器件的需求的增大，對高速和高功率電子器件的需求增加，需要這些器件用于使用微波和毫米波段的高速電信(telecommunication)系統。用于控制相對高水平的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性質，諸如大的能隙、高的熱穩定性和化學穩定性、高電子飽和速度(～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，諸如高擊穿電場(～3×10⁶V/cm)、高的最大電流密度、在高溫下穩定的操作特性、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。由于這樣的材料性質，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。盡管為了改善的散熱特性可以使用SiC襯底來代替藍寶石襯底，但是SiC襯底較昂貴(比藍寶石襯底貴約10倍)，因此用于制造GaN基半導體器件的整個成本增加。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

本發明的示例實施例提供氮化鎵基半導體器件，其具有優良的散熱特性并在改善電壓耐受特性方面是有利的。

本發明的示例實施例還提供了制造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；和布置在散熱襯底上的異質結構場效應晶體管(HFET)器件，其中HFET器件包括：GaN基多層，具有靠近散熱襯底的凹陷區域；柵極，布置在凹陷區域中；以及源極和漏極，布置在GaN基多層的在柵極的兩個相對側的部分上，柵極、源極和漏極附接到散熱襯底。

凹陷區域可以具有雙凹陷結構。

GaN基多層可以包括2維電子氣(2DEG)層。

GaN多層可以包括自散熱襯底依次設置的Al_yGa_1-yN層和Al_xGa_1-xN層。這里，在Al_yGa_1-yN層中，y可以滿足0.1≤y≤0.6；在Al_xGa_1-xN層中，x可以滿足0≤x＜0.01。

GaN基多層還可以包括在Al_xGa_1-xN層上的高電阻GaN基材料層。

凹陷區域可以形成在Al_yGa_1-yN層上或者可以跨越Al_yGa_1-yN層和Al_xGa_1-xN層形成。

散熱襯底可以包括具有比藍寶石襯底高的熱導率的材料。

散熱襯底可以包括Al-Si、Si、Ge、晶體AlN、非晶AlN、非晶SiC、Al、W、Cr、Ni、Cu和這些金屬的合金中的至少之一。

GaN基半導體器件還可以包括在散熱襯底與HFET器件之間的接合層。

GaN基半導體器件還可以包括鈍化層，該鈍化層布置在散熱襯底與HFET器件之間并覆蓋至少部分HFET器件。

鈍化層可以具有包括鋁氧化物、硅氮化物和硅氧化物中至少之一的單層結構或多層結構。

根據本發明的另一方面，一種氮化鎵(GaN)基半導體器件包括：散熱襯底；和布置在散熱襯底上的肖特基二極管器件，其中肖特基二極管器件包括：GaN基多層，與散熱襯底分離；及陽極和陰極，布置在GaN基多層的面對散熱襯底的表面上并附接到散熱襯底，陰極和GaN基多層形成肖特基接觸。

GaN基多層可以包括2維電子氣(2DEG)層。

散熱襯底可以包括具有比藍寶石襯底高的熱導率的材料。