[发明专利]GaN器件结构及其制备方法

权利要求书

1.一种GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体基底，所述半导体基底自下而上包括衬底层、氧化层以及牺牲硅层；

对所述牺牲硅层进行碳化处理，以得到碳化硅层；

在所述碳化硅层上形成外延结构，所述外延结构至少包括GaN沟道层及势垒层；

在所述势垒层的表面所在的平面内定义出有效区，至少在所述有效区中制备器件电极，所述器件电极包括栅极电极、源极电极和漏极电极；

在所述有效区两侧制备窗口，所述窗口延伸至所述半导体基底中显露所述氧化层的正面，且所述窗口横跨各个器件电极；

在形成有所述窗口的器件结构表面贴置载片并翻转；

自所述半导体基底的背面进行刻蚀形成背孔，所述背孔显露所述氧化层的背面；

基于所述背孔或者所述窗口去除所述有效区处的所述氧化层，以形成散热腔，所述散热腔与所述背孔连通，液冷自所述背孔通入并基于所述散热腔实现GaN器件的散热。

2.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述半导体基底的形成方式包括：提供硅衬底，再通过离子注入在所述硅衬底中形成所述氧化层，同时得到所述衬底层及所述牺牲硅层；或者，提供SOI衬底以构成所述半导体基底。

3.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，形成所述碳化硅层的方式包括：

将所述半导体基底置于反应腔中；

向所述反应腔中通入气源，所述气源包括丙烷和氧气，且丙烷的流量介于45-55sccm之间，氧气的流速介于3-7sccm之间；

升高所述反应腔内的温度至1200-1300℃之间，并维持15-20分钟，以使所述牺牲硅层转换成形成在所述氧化硅层表面的所述碳化硅层。

4.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，采用RIE刻蚀及ICP刻蚀中的任意一种方式形成所述窗口，其中，形成所述窗口的过程中，各所述器件电极正下方的叠层材料层保留。

5.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤：在形成有所述窗口器件结构的正面进行钝化形成表面钝化层，所述表面钝化层至少连续地覆盖所述窗口的底部及侧壁。

6.根据权利要求5所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，形成所述表面钝化层之后还包括至少在所述窗口内的所述表面钝化层上形成金刚石薄膜的步骤，且所述金刚石薄膜还延伸至所述窗口周围的材料层的表面。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述背孔包括第一背孔区及第二背孔区，所述第一背孔区包括至少两个第一背孔，所述第二背孔区包括至少一个第二背孔，所述第二背孔的直径大于所述第一背孔的直径，所述第一背孔的数量大于所述第二背孔的数量，所述第一背孔作为液冷入口，所述第二背孔作为液冷出口。

8.根据权利要求7所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，靠近所述窗口的所述第一背孔所述窗口之间的距离小于所述第一背孔的直径；和/或，所述第一背孔的直径介于20μm-50μm之间；所述第二背孔的直径介于50μm-100μm之间。

9.一种GaN器件结构，其特征在于，所述GaN器件结构包括：

半导体基底，所述半导体基底自下而上包括衬底层、氧化层、碳化硅层，其中，所述氧化层中形成有散热腔；

外延结构，位于所述碳化硅层上，至少包括GaN沟道层及势垒层；

器件电极，包括栅极电极、源极电极和漏极电极，所述所述势垒层的表面所在的平面内定义有与所述散热腔相对应的有效区，所述器件电极位于所述有效区；

窗口，位于所述有效区的两侧，所述窗口延伸至所述半导体基底中显露所述氧化层的正面，且所述窗口横跨各个器件电极；

背孔，形成在所述半导体基底中且与所述散热腔相连通，液冷自所述背孔通入并基于所述散热腔实现GaN器件的散热。