[发明专利]一种GaN基电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件制造领域，具体涉及一种GaN基电子器件。

背景技术

氮化镓(GaN)具有较大的直接禁带宽度(3.4ev)、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，因此已经成为目前半导体技术领域的研究热点。利用此特点制作的半导体器件如高电子迁移率晶体管(HEMT，High Electron Mobility Transistor)具有击穿电场大、电流密度高、电子饱和漂移速度快等特点，非常适合于制作高温、高频、高压和大功率的器件，可以用于射频微波领域及功率电力电子领域，例如无线通信基站、功率电力电子器件等信息收发、能量转换等领域。

GaN基电子器件往往工作在高压、大电流等情况下，在工作过程中，芯片的温度非常高，而高温下工作的半导体器件特性变差，寿命变短。所以好的散热对于芯片的高效率、高可靠性、高稳定性非常重要。

目前，GaN基电子器件一般采用引线连接芯片电极和基板，基板再和封装体连接的方式进行封装，封装体积大、易掉线，且散热性不佳。

发明内容

针对现有GaN基电子器件技术中存在的问题，本发明提供了一种GaN基电子器件，有效解决现有GaN基电子器件电压低、尺寸大、器件制作工艺复杂、封装体散热差等问题。

本发明的是通过以下技术方案实现的：

一种GaN基电子器件，包括一GaN基垂直结构芯片、一散热基板以及一封装体，其中，

所述GaN基垂直结构芯片中包括：

外延结构，从下到上依次为：导电衬底层、导电缓冲层、n型层、p型层及电子提供层；

分设于外延结构中导电衬底层一侧和电子提供层一侧的源电极和漏电极；

及与n型层连接的栅电极；

所述GaN基垂直结构芯片安装于所述散热基板表面，所述封装体包裹所述GaN基垂直结构芯片和散热基板，且将GaN基垂直结构芯片中的源电极、漏电极及栅电极通过引线接出得到所述GaN基电子器件。

进一步优选地，所述导电衬底层为AlN衬底或Si衬底或SiC衬底或GaN衬底或ZnO衬底；

和/或，所述导电缓冲层为AlN、GaN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一种或者多种组合。

进一步优选地，所述导电缓冲层为多层结构或单层结构。

进一步优选地，所述n型层为n型GaN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一种或者多种组合；和/或，

所述p型层为p型GaN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一种或者多种组合。

进一步优选地，所述电子提供层为n型GaN、AlGaN、AlInN、AlInGaN以及AlGaN/GaN异质结中的一种或者多种组合。

进一步优选地，漏电极设于外延结构中导电衬底层一侧，源电极设于外延结构中电子提供层一侧；或，源电极设于外延结构中导电衬底层一侧，漏电极设于外延结构中电子提供层一侧。

进一步优选地，所述外延结构中p型层和电子提供层中包括至少一个通孔，所述栅电极通过所述通孔连接到n型层。

进一步优选地，所述GaN基垂直结构芯片中还包括钝化层，设置于栅电极及与之同侧的源电极之间，或设置于栅电极及与之同侧的漏电极之间。

进一步优选地，所述封装体中包括包封体和金属焊盘，其中，

所述包封体包裹所述GaN基垂直结构芯片和散热基板；

所述金属焊盘用于焊接所述GaN基垂直结构芯片。

进一步优选地，所述金属焊盘为焊球或凸点或金属条，所述金属焊盘可以指状焊盘或叉指状焊盘。

本发明的有益效果是：与传统芯片和封装结构相比，在本发明中的电子器件内部采用垂直结构芯片，在封装过程中，芯片和封装体中的金属焊盘直接通过金属层以共晶的方式连接在一起，避免了使用导线和基板，使得电子器件的体积小，重量轻，从而可提高电子器件的组装密度，同时制造成本低，性价比高，并且避免导线脱落器件引起的可靠性问题。

另外，由于不使用导线，内部的垂直结构芯片与封装外壳布线间的互连线长度短很多，因而寄生参数小，信号传输延迟时间短，有利于改善电路的高频性能，特别适合于GaN基高频器件的封装。

再有，本发明中垂直结构芯片和封装体中的金属焊盘之间通过散热性好的金属直接连接，散热性更好，同时器件有源区主要靠近上表面，芯片上表面和封装体直接相连使得芯片工作时产生的热量可以被快速传递，使得电子器件的散热性能大幅度提高，进而电子器件的工作效率、稳定性、可靠性和寿命可以大幅度提高。