氮化镓芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓芯片及其制备方法，所述氮化镓芯片包括氮化物半导体层、散热衬底、保护层，所述氮化物半导体层位于所述散热衬底和所述保护层之间，所述氮化物半导体层与所述保护层之间设置有欧姆电极和肖特基电极。本发明专利技术提供的氮化镓芯片及其制备方法通过将高质量的氮化物半导体层转移到热导率较高的散热衬底上，使得氮化镓芯片内部的热量通过散热衬底快速散发出去，保证了氮化镓芯片性能的正常发挥，提高了氮化镓芯片的稳定性和可靠性，以此解决氮化镓芯片自热的问题。同时在转移的过程中，将缺陷与位错较高的部位去除掉，进一步提高了氮化镓芯片的性能，提高了氮化镓芯片的寿命和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种氮化镓芯片及其制备方法。
技术介绍
宽禁带化合物半导体材料氮化镓和碳化硅由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，在高频、高温、大功率等领域显示出极大的潜力，尤其是氮化镓高电子迁移率器件更以其优越的性能和巨大的发展潜力而备受全世界众多研究者的关注。但是由于宽禁带化合物半导体器件的功率密度非常高，因此其热密度也很高，导致器件在工作过程产生的热量非常大，如果这些热量不能及时散发出去，就会造成器件内部温度升高，影响器件的稳定性和可靠性，同时限制了器件输出功率的进一步提升。由于自热效应显著，热阻大，耗散功率大，氮化镓器件的优势得不到充分发挥。热阻抗参数与氮化镓厚度、衬底厚度、氮化镓热导率、衬底热导率等有关。耗散功率通过热阻转换成热能，引起局部升温，轻的自热影响器件的工作性能，严重的自热会导致器件寿命减小，烧毁，功能失效。氮化镓器件工作受到热阻的极大影响，大部分热阻来自于衬底材料与氮化镓器件外延层的连接处的热结合点，温度最急剧上升发生于该结合点以下1微米处，直接关系到整个器件的散热性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种氮化镓芯片及其制备方法，以改善上述的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种氮化镓芯片，包括氮化物半导体层、散热衬底、保护层，所述氮化物半导体层位于所述散热衬底和所述保护层之间，所述氮化物半导体层与所述保护层之间设置有欧姆电极和肖特基电极。优选地，所述氮化物半导体层是同质衬底或异质衬底上生长的位错和缺陷较少的高质量的氮化物半导体。优选地，所述散热衬底生长或键合在所述氮化物半导体层上。优选地，所述散热衬底的热导率至少为700瓦/(米·开尔文)。优选地，所述散热衬底由石墨烯或者金刚石制成。优选地，所述氮化镓芯片还包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底位于所述氮化物半导体层和所述散热衬底之间。优选地，所述氮化镓芯片还包括热扩散层，所述热扩散层设置于所述保护层之间或者设置于所述保护层的表面。优选地，所述热扩散层包括石墨烯层。优选地，所述氮化镓芯片还包括背面电极，所述背面电极位于远离所述氮化物半导体层的散热衬底的一侧。优选地，所述背面电极的材料为金属、石墨烯、或金属与石墨烯的组合。本专利技术还提供了一种一种氮化镓芯片的制备方法，所述方法包括：基于HVPE工艺制备氮化镓衬底；在所述氮化镓衬底上生长氮化物半导体层；在所述氮化物半导体层上生长保护层；对所述氮化镓衬底进行处理，或者对所述氮化镓衬底和所述氮化物半导体层进行处理；在处理后的所述氮化镓衬底或者氮化物半导体层上生长或者键合散热衬底。优选地，所述对所述氮化镓衬底进行处理，或者对所述氮化镓衬底和所述氮化物半导体层进行处理的步骤包括：对所述氮化镓衬底进行减薄；或移除所述氮化镓衬底；或移除所述氮化镓衬底和与氮化镓衬底连接的部分氮化物半导体层。优选地，所述散热衬底的热导率至少为700瓦/(米·开尔文)。优选地，所述方法还包括：在所述氮化物半导体层上制备欧姆电极和肖特基电极。优选地，所述方法还包括：在所述保护层的表面或保护层之间制备热扩散层。优选地，所述方法还包括：在所述散热衬底的表面制备背面电极。本专利技术提供的氮化镓芯片及其制备方法通过将高质量的氮化物半导体层转移到热导率较高的散热衬底上，使得氮化镓芯片内部的热量通过散热衬底快速散发出去，保证了氮化镓芯片性能的正常发挥，提高了氮化镓芯片的稳定性和可靠性，以此解决氮化镓芯片自热的问题。同时在转移的过程中，将缺陷与位错较高的部位去除掉，进一步提高了氮化镓芯片的性能，提高了氮化镓芯片的寿命和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术实施例提供的第一种氮化镓芯片的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的第二种氮化镓芯片的结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的第三种氮化镓芯片的结构示意图。图4是本专利技术实施例提供的第四种氮化镓芯片的结构示意图。图5是本专利技术实施例提供的一种氮化镓芯片制备方法的流程图。主要元件符号说明：氮化物半导体层110、散热衬底120、保护层130、源极131、栅极132、漏极133、氮化镓衬底140、热扩散层150、背面电极160。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参照图1，是本专利技术实施例提供的一种氮化镓(GaN)芯片100的结构示意图。本实施例提供的氮化镓芯片100包括氮化物半导体层110、散热衬底120和保护层130。所述氮化物半导体层110位于所述散热衬底120和所述保护层130之间。所述氮化物半导体层110和所述保护层130之间设置有欧姆电极和肖特基电极。其中，本实施例中的氮化镓芯片为场效应晶体管，欧姆电极作为源极131和漏极133，肖特基电极作为栅极132。由于在氮化镓芯片工作的过程中，特别是在高频、大功率和高温条件下，直接在异质衬底上生长氮化物半导体层，会引起衬底中或衬底与氮化物半导体层界面中的缺陷和位错，传播到氮化物半导体层，和/或在氮化物半导体层中产生新缺陷，另外由于异质衬底与氮化物半导体层界面处(热结合点)热阻问题的存在，严重制约和影响了氮化镓芯片的性能。本专利技术实施例提供的氮化镓芯片100通过将同质或异质衬底上生长的缺陷和位错很少的高质量的氮化物半导体层110转移到高热导率的散热衬底120上来解决上述问题，优选的，所述散热衬底生长或键合在所述高质量的氮化物半导体层上。该散热衬底120的热导率至少为700瓦/(米·开尔文)，该散热衬底120可以为金刚石、碳纳米管、高定向石墨等等。优选的，散热衬底120为石墨烯或者金刚石，能大大降低氮化镓芯片有源区的热导出效能。优选散热衬底120为包含石墨烯的衬底，能有效地减少衬底与氮化镓外延层(氮化物半导体层)的热阻。石墨烯是一种由碳原子组成的平面薄膜，厚度可以只有一个碳原子厚度。石墨烯的平面导热性很好，室温下石墨烯的二维xy平面方向导热系数高达5300瓦/米.开尔文(W/mK)。单片石墨烯的二维xy平面方向热导率超过4000W/mK，石墨烯热导率超越了碳纳米管(导热系数800-2000W/mK)、金刚石(导热系数700-2000W/mK)和高定向石墨，并远远高于导热性能最好的金属铜(导热系数397W/mK)，但石墨烯在垂直于二维xy平面的z方向的导热系数仅为15W/m·K。此外，石墨烯导电性也很好，是目前世界上电阻率最小的材料，电子可在石墨烯二维xy本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓芯片，其特征在于，包括氮化物半导体层、散热衬底、保护层，所述氮化物半导体层位于所述散热衬底和所述保护层之间，所述氮化物半导体层与所述保护层之间设置有欧姆电极和肖特基电极。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓芯片，其特征在于，包括氮化物半导体层、散热衬底、保护层，所述氮化物半导体层位于所述散热衬底和所述保护层之间，所述氮化物半导体层与所述保护层之间设置有欧姆电极和肖特基电极。2.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述氮化物半导体层是同质衬底或异质衬底上生长的位错和缺陷较少的高质量的氮化物半导体。3.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述散热衬底生长或键合在所述氮化物半导体层上。4.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述散热衬底的热导率至少为700瓦/(米·开尔文)。5.根据权利要求4所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述散热衬底由石墨烯或者金刚石制成。6.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，还包括氮化镓衬底，所述氮化镓衬底位于所述氮化物半导体层和所述散热衬底之间。7.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，还包括热扩散层，所述热扩散层设置于所述保护层之间或者设置于所述保护层的表面。8.根据权利要求7所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述热扩散层包括石墨烯层。9.根据权利要求1所述的氮化镓芯片，其特征在于，还包括背面电极，所述背面电极位于远离所述氮化物半导体层的散热衬底的一侧。10.根据权利要求9所述的氮化镓芯片，其特征在于，所述背面电...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴风丽，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32