一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法，该热沉包括碳化硅基底，所述碳化硅基底上表面通过紫外光刻或干法刻蚀技术间隔刻蚀有多条凹槽，所述碳化硅基底上表面位于凹槽外的区域通过高温升华方法原位制备有石墨烯，所述凹槽内通过剥离工艺填充有可用于半导体激光芯片焊接所需的焊料，半导体激光芯片通过焊料与碳化硅基底结合在一起。本发明专利技术所公开的热沉制备方法简单，成本低，避免对设备及人员造成损害，该方法制备的热沉能够显著提升半导体激光芯片的散热性能。热沉能够显著提升半导体激光芯片的散热性能。热沉能够显著提升半导体激光芯片的散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造
，特别涉及一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法。

技术介绍

[0002]半导体器件的核心技术之一是散热技术，因为通常半导体芯片的尺寸很小，工作时热流密度极高，如果不能及时散热，会使结点温度升高，将极大地影响其阈值功率、输出功率、波长和平均寿命等参数，甚至彻底损坏器件。热沉是半导体器件热量扩散时的关键途径，属于散热技术的核心部件，热沉的散热能力决定了半导体器件的性能和寿命。随着对大功率半导体器件的应用需求，有效的散热装置对器件设计至关重要。
[0003]碳化硅(SiC)因禁带宽度大、击穿电场高、热导率大等特性，使SiC器件可以工作在高电压、高开关频率、高功率密度的场合。因其热导率优异，在半导体激光器等功率器件制作领域，是热沉制作的关键材料，以SiC为代表的第三代半导体材料将是提升新一代信息技术核心竞争力的重要支撑。SiC有着比传统的铜衬底更好的热传导效率，且化学性质稳定，热膨胀系数低，对光的损耗相对金属较低。石墨烯作为近几年的明星材料，是一种性能优良的热沉材料。
[0004]中国专利200910018772提供了一种利用PS球作模板制作半导体器件粗化表面的方法。包括以下步骤：(1)按常规外延生长外延片；(2)在外延生长的P型接触层上铺设一层由PS球紧密排布组成的单层膜；(3)以硅酸四乙酯、金属的氯化物或硝酸盐为前躯体，将前躯体、乙醇和水混合后填充在单层膜的PS球与P型接触层之间的间隙中，室温静置并加热分解为相应的氧化物；(4)将外延片置于二氯甲烷中，用二氯甲烷溶解去除掉PS球，在PS球与P型接触层之间的间隙中形成的氧化物按碗状周期排列结构保留在P型接触层上；(5)用形成的氧化物作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(6)腐蚀掉残留的氧化物。该专利技术可得到刻蚀周期和深度可控的粗化器件表面。此方法利用PS微球作为模板通过ICP刻蚀对p-GaN表面进行粗化的设计异常繁琐，此过程引入一系列的腐蚀及化学过程，并且使用了PS微球这一价格昂贵的辅助耗材，使得芯片制作成本大幅提高，不适宜与芯片生产工艺相结合。并且此方法亦没有避免ICP刻蚀工艺对于器件的电学性能的破坏和成本的提高。
[0005]中国专利200910018771公开了一种利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法。利用ITO颗粒掩膜粗化红光发光二极管的方法，包括以下步骤：(1)按常规利用金属有机化学气相沉积的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，衬底为GaAs材料；(2)在外延生长的P型接触层上用电子束溅射一层厚260nm的ITO薄膜；(3)将覆盖有ITO的外延片浸入浓盐酸中1分钟，腐蚀掉部分ITO，残留的为颗粒状的ITO；(4)用残留的ITO颗粒作掩膜，干法刻蚀P型接触层，形成粗化表面；(5)用浓盐酸腐蚀掉残留的ITO。此方法需要两次蒸镀ITO电流扩展层，成本较正常LED工艺明显提高。此外，亦没有避免ICP刻蚀工艺对于LED器件的电学性能的破坏。并且此方法需要使用浓盐酸，由于浓盐酸具有强腐蚀性及强挥发性，可能会对其他精密设备及操作人员造成一定损害。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法，以达到制备方法简单，成本低，避免对设备及人员造成损害，能够显著提升半导体激光芯片的散热性能的目的。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，包括碳化硅基底，所述碳化硅基底上表面间隔刻蚀有多条凹槽，所述碳化硅基底上表面位于凹槽外的区域覆盖有石墨烯，所述凹槽内填充有可用于半导体激光芯片焊接所需的焊料。
[0009]上述方案中，所述碳化硅基底的厚度为0.1-1mm，长和宽的尺寸范围均为5-100mm。
[0010]上述方案中，所述凹槽的宽度为10μm-1mm，深度范围为500nm-5μm。
[0011]上述方案中，所述石墨烯的厚度为1nm-1μm。
[0012]上述方案中，所述焊料的厚度为500nm-5μm。
[0013]一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)按照设计尺寸制作碳化硅基底；
[0015](2)在碳化硅基底上表面通过紫外光刻或干法刻蚀技术间隔刻蚀多条凹槽；
[0016](3)在碳化硅基底上表面位于凹槽外的区域通过高温升华方法原位制备石墨烯；
[0017](4)在凹槽内通过剥离工艺填充可用于半导体激光芯片焊接所需的焊料。
[0018]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法具有如下有益效果：
[0019]1.本专利技术所提供的热沉采用SiC和石墨烯复合结构作为半导体器件热沉，因SiC与石墨烯均具有优异的热传导效率，且石墨烯可通过碳化硅高温升华制得，该复合结构可以有效改善半导体芯片的散热能力。
[0020]2.本专利技术所提供的热沉通过焊料实现半导体激光芯片与热沉结合在一起，可以缓解半导体材料与SiC热沉结合界面的晶格失配与热失配问题。
[0021]3.本专利技术所提供的热沉借助高热导率石墨烯材料显著提升面内热传导效率，改善了散热效果。
[0022]4、本专利技术所提供的制备方法环保、对设备及人员无伤害，并且成本低，便于操作。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0024]图1为本专利技术实施例所公开的一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉的俯视图；
[0025]图2为图1中A-A方向的剖视图。
[0026]图中，1、焊料；2、石墨烯；3、半导体激光芯片；4、碳化硅基底。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0028]实施例1：
[0029]一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，包括碳化硅基底4，长和宽尺寸为5mm
×
5mm，厚度为0.1mm；碳化硅基底4上表面通过紫外光刻或干法刻蚀技术间隔刻蚀有多条长方体凹槽，凹槽宽度为10μm，深度为500nm；碳化硅基底上表面位于凹槽外的区域通过高温升华方法原位制备石墨烯2，石墨烯2层厚度为1nm；凹槽内通过剥离工艺填充有可用于半导体激光芯片3焊接所需的焊料1，焊料1厚度为500nm。半导体激光芯片3通过焊料1与碳化硅基底4结合在一起。
[0030]实施例2：
[0031]一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，包括碳化硅基底4，长和宽尺寸为100mm
×
100mm，厚度为0.1mm；碳化硅基底4上表面通过紫外光刻或干法刻蚀技术间隔刻蚀有多条长方体凹槽，凹槽宽度为1mm，深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，其特征在于，包括碳化硅基底，所述碳化硅基底上表面间隔刻蚀有多条凹槽，所述碳化硅基底上表面位于凹槽外的区域覆盖有石墨烯，所述凹槽内填充有可用于半导体激光芯片焊接所需的焊料。2.根据权利要求1所述的一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，其特征在于，所述碳化硅基底的厚度为0.1-1mm，长和宽的尺寸范围均为5-100mm。3.根据权利要求1所述的一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉，其特征在于，所述凹槽的宽度为10μm-1mm，深度范围为500nm-5μm。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：左致远，康汝燕，刘泽翰，程鹏鹏，张子琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：