[发明专利]一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法

说明书

本发明公开了一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法，在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；采用PECVD的方法生长钝化层；刻蚀源极和漏极处的钝化层；采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；刻蚀栅极处的钝化层；电子束蒸发淀积柵极电极。本发明能有效的降低器件的沟道温度，增加器件的漏电流输出，使其得到更好的散热效果。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法。

背景技术

第三代半导体材料GaN及其合金AlGaN具有较大的自发和压电极化电荷。当这两种材料形成异质结时，在AlGaN/GaN界面处会产生较高的极化电荷密度，导致在靠近界面处的GaN沟道中形成高密度的二维电子气(2DEG)。在此异质结上制备出源极、漏极及栅极即可形成场效应晶体管，通常称为AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)。由于该器件的高载流子浓度和GaN材料的宽禁带宽度，使得AlGaN/GaN HEMT表现出许多优良的特性，例如，能输出较高的功率、能承受较高的击穿电压、作为开关时其开关速度快和损耗小、能工作在高温和高辐射等恶劣环境中等，在军民领域中均有较大的应用潜力。

当AlGaN/GaN HEMT工作在高功率的条件下时，其沟道温度也会相应地升高，从而使载流子的迁移率降低，导致器件的漏电流减小，即自加热效应。所以，需要对器件使用恰当的热管理方法以减小其沟道温度，提高漏电流的输出。目前已报道采用的热管理方法如下：

1)通过刻蚀移除器件的衬底，再原子级的键合高热导的热沉，主要使用的热沉材料有金刚石和AlN。但是这种方法存在制作工艺复杂、成本高、稳定性差的问题；并且，新焊接的热沉和沟道间隔着约2微米的GaN缓冲层，距离比较远，影响散热的效果；同时，在缓冲层GaN和新焊接的热沉之间存在有高热阻的界面层，这也影响了散热的效果。

2)在衬底上刻蚀出一些洞穴，深度约为衬底的厚度，之后再在这些洞穴里淀积高热导的金刚石薄膜充当热沉的作用。对于这种方法，由于所要淀积的金刚石比较多，所以生长速度比较缓慢，影响其实用性。另一方面，高热导的金刚石距离沟道也间隔着GaN的缓冲层，影响其散热的效果。

3)在器件表面上直接钝化AlN或者是键合AlN作为热沉，该方法中不足够高的AlN热导(约320W/mK)一定程度上限制了其热管理的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的器件的沟道温度较高，漏电流的输出小，导致散热效率较低，目的在于提供一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法，解决AlGaN/GaN HEMT器件的散热问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种AlGaN/GaN HEMT的热管理方法，包括以下步骤：

(1)在AlGaN/GaN/Si衬底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN层上刻蚀深槽用于器件之间的绝缘；

(2)使用电子束蒸发方法淀积欧姆接触电极；

(3)采用PECVD的方法生长钝化层；

(4)刻蚀源极和漏极处的钝化层；

(5)采用PECVD的方法生长金刚石热分散层；

(6)使用SiN作为保护层，采用ICP方法刻蚀金刚石层以形成源极、漏极及栅极窗口；

(7)刻蚀栅极处的钝化层；

(8)电子束蒸发淀积柵极电极。

具体的，欧姆接触为Ti/Al/Ni/Au多层结构；钝化层为SiO₂或SiN材料。