[發(fā)明專利]一種GaN基電子器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610497031.1
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN107546207A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳振
• 申請（專利權(quán)）人: 江西省昌大光電科技有限公司
• 主分類號: H01L23/495
• 分類號: H01L23/495;H01L23/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種GaN基電子器件及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化鎵(GaN)具有較大的直接禁帶寬度(3.4ev)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度等特點(diǎn)，因此已經(jīng)成為目前半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用此特點(diǎn)制作的半導(dǎo)體器件，如高電子遷移率晶體管(HEMT)具有擊穿電場大、電流密度高、電子飽和漂移速度快等特點(diǎn)，非常適合于制作高溫、高頻、高壓和大功率的器件，可以用于射頻微波領(lǐng)域及電力電子領(lǐng)域，例如無線通信基站、電力電子器件等信息收發(fā)、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。

GaN基電子器件往往工作在高壓、大電流情況下，所以一般情況芯片的溫度會非常高，而高溫條件下工作的半導(dǎo)體器件的特性會變差，壽命會變短。所以好的散熱對于芯片的高可靠性、高穩(wěn)定性和高效率非常重要。

現(xiàn)有GaN基電子器件的封裝一般先將引線連接芯片電極和基板，再將基板和封裝體連接。封裝體積大、易掉線，且不易于散熱。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種GaN基電子器件及其制備方法，有效解決了現(xiàn)有GaN基電子器件散熱差的問題，同時提高了GaN基電子器件的可靠性、穩(wěn)定性。

本發(fā)明的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種GaN基電子器件，該GaN基電子器件從下到上依次為：襯底層、緩沖層、模板層、溝道層、勢壘層、柵漏源金屬層、邦定層以及用于封裝電子器件的封裝體。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述襯底層為藍(lán)寶石襯底、Si襯底以及SiC襯底中的一種。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述緩沖層為AlN、GaN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一種或者多種組合。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述緩沖層為多層結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述模板層為未摻雜GaN、Fe摻雜GaN、C摻雜GaN以及AlGaN中的一種或者多種組合。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述勢壘層為AlN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一種或者多種組合。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述邦定層為Sn或Au-Sn合金。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述封裝體包含金屬焊盤和包封體，所述包封體通過所述金屬焊盤與所述邦定層焊接。

本發(fā)明還提供了一種GaN基電子器件制備方法，該制備方法應(yīng)用于上述GaN基電子器件，包括：

A1在襯底層上從下到上依次生長緩沖層、模板層、溝道層以及勢壘層，得到GaN基電子器件的外延結(jié)構(gòu)；

A2在所述勢壘層上制備柵漏源金屬層，得到芯片；

A3在所述柵漏源金屬層表面制備邦定層；

A4采用共晶的方式通過所述邦定層將步驟A2中形成的芯片焊接在封裝體中的金屬焊盤上，再使用所述封裝體中的包封體對其進(jìn)行包封。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與傳統(tǒng)芯片和封裝技術(shù)相比，芯片和封裝體中的金屬焊盤直接通過金屬層(邦定層)以共晶的方式連接在一起，不需要使用導(dǎo)線和基板，從而大大減小了GaN基電子器件的體積和重量，提高電子器件的組裝密度和性價比，降低了制造成本，不會因?qū)Ь€脫落引起器件的可靠性。

再有，采用本發(fā)明提供的封裝方法，由于其不使用導(dǎo)線，這樣內(nèi)部的芯片與封裝體布線間的互連線長度短很多，因而寄生參數(shù)小，信號傳輸延遲時間短，大大改善了電路的高頻性能。

另外，本發(fā)明提供的GaN基電子器件中芯片和封裝體中的金屬焊盤之間通過散熱性好的金屬(邦定層)直接連接，散熱性更好；同時器件有源區(qū)主要靠近上表面，這樣，芯片上表面和封裝體直接相連使得芯片工作時產(chǎn)生的熱量可以被快速傳遞，從而大大提高了電子器件的散熱性能，同時大大提高了電子器件的工作效率、穩(wěn)定性、可靠性和壽命。

附圖說明

圖1本發(fā)明中GaN基電子器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記：1-襯底層，2-外延結(jié)構(gòu)，3-柵漏源極金屬層，4-邦定層，5-金屬焊盤，6-包封體；

圖2本發(fā)明中的外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記：21-緩沖層，22-模板層，23-溝道層，24-勢壘層；

圖3為本發(fā)明中一個具體實(shí)施例中GAN基電子器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記：11-藍(lán)寶石襯底層，12-氮化鎵低溫緩沖層，13-未摻雜的高溫氮化鎵層，14-碳摻雜的半絕緣氮化鎵層，15-未摻雜氮化鎵溝道層，16-鋁鎵氮勢壘層，17-柵漏源金屬層，18-邦定層，19-金屬焊盤。

具體實(shí)施方式