[发明专利]一种GaNHEMTs功率器件向金刚石热沉转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN HEMTs功率器件散热技术领域，具体涉及一种GaN HEMTs功率器件向金刚石热沉转移方法。

背景技术

GaN HEMTs作为典型的功率半导体器件，具有耐高压、大电流、高功率、耐高温的优势，是一种非常有应用前景的电力电子器件。然而随着器件输出功率的不断提高，器件所产生的热量将急剧升高，如果这些热量没有及时散发出去，器件内部因发热产生的高温将严重影响器件的性能。因此，散热成为GaN HEMTs功率器件设计和制造过程中一个亟待解决课题。

传统的解决GaN HEMTs功率器件散热的方法是将器件制备在蓝宝石或SiC衬底上，利用蓝宝石、SiC衬底散热，然而蓝宝石、SiC有限热导率(蓝宝石热导率35W/m·K、SiC热导率490W/m·K)很难满足器件高频、大功率应用时的散热需求，由于大尺寸高质量金刚石单晶衬底的制备非常困难，同时由于GaN与金刚石存在很大的晶格失配和热失配，外延生长的温度通常在1000℃以上，在金刚石衬底上进行GaN异质外延的难度很大，金刚石材料难以形成高性能的异质结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GaN HEMTs功率器件向金刚石热沉转移方法，以克服心有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种GaN HEMTs功率器件向金刚石热沉转移方法，具体包括以下步骤：

步骤1)，在蓝宝石衬底上生长GaN HEMTs功率器件；

步骤2)，在生长于蓝宝石衬底上的GaN HEMTs功率器件上端生长Si晶片，形成蓝宝石衬底/GaN HEMTs功率器件/Si晶片的三层结构；

步骤3)，将步骤2)得到的蓝宝石衬底/GaN HEMTs功率器件/Si晶片三层结构去除蓝宝石衬底，得到GaN HEMTs功率器件/Si晶片两层结构；

步骤4)，将GaN HEMTs功率器件/Si晶片两层结构GaN HEMTs功率器件表面与金刚石热沉片通过键合粘合剂键合、固化得到金刚石热沉片/GaN HEMTs功率器件/Si晶片三层结构；

步骤5)，去除步骤4)得到的金刚石热沉片/GaN HEMTs功率器件/Si晶片中的Si晶片，即得到金刚石热沉片GaN HEMTs功率器件。

进一步的，具体的，步骤2)中，通过热塑性粘合剂将Si晶片粘到GaN HEMTs功率器件上。

进一步的，Si晶片为Si(111)晶片。

进一步的，具体的，步骤3)中，采用氟化氪激光沿蓝宝石衬底/GaN HEMTs功率器件/Si晶片三层结构方向垂直于蓝宝石衬底表面扫描蓝宝石衬底/GaN HEMTs/Si晶片三层结构，使GaN HEMTs功率器件与蓝宝石衬底分离，得到GaN HEMTs/Si晶片两层结构。

进一步的，氟化氪激光辐射能量大于GaN HEMTs隙能量。

进一步的，氟化氪(KrF)准分子激光波长为248nm、脉冲宽度为38ns。

进一步的，步骤4)中，GaN HEMTs功率器件/Si晶片两层结构GaN HEMTs功率器件表面与金刚石热沉片进行键合前，分别对GaN HEMTs功率器件表面和金刚石热沉片表面进行抛光处理。

进一步的，抛光后金刚石表面均方根粗糙度为1-3nm，GaN HEMTs功率器件/Si晶片两层结构GaN HEMTs功率器件表面抛光到纳米级表面粗糙度。

进一步的，步骤4)中，其中键合、固化温度不超过150℃。

进一步的，步骤5)中，首先通过减薄机完成Si晶片背面减薄，然后研磨至Si晶片厚度不大于100nm，再采用干法刻蚀工艺刻蚀掉Si晶片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种GaN HEMTs功率器件向金刚石热沉转移方法，通过在蓝宝石衬底上生长GaN HEMTs功率器件，然后采用Si晶片作为临时支撑材料生长在GaN HEMTs功率器件上，然后将蓝宝石衬底与GaN HEMTs功率器件分离，再通过热塑性粘合剂将Si晶片粘到GaN HEMTs功率器件上，最后将GaN HEMTs功率器件上的SI晶片剥离，从而得到金刚石热沉片GaN HEMTs功率器件，采用高热导率的金刚石做GaN HEMTs功率器件的热沉片，大大提高了GaN HEMTs功率器件高频、大功率应用时的散热能力，采用低温键合方法使GaN HEMTs功率器件高频、大功率应用时的散热问题和金刚石热沉片粘合，有效避免了传统的高温键合对器件性能的损伤。本方法转移工艺简单、容易实现、重复性好。