[发明专利]氮化镓基半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及氮化镓基半导体器件及其制造方法。

背景技术

近来，随着信息和通讯技术的快速发展，用于高速和大容量信号传输的技术正在被快速地发展。就这方面来说，随着对个人移动电话、卫星通讯、军事雷达、广播通讯和通讯中继器件的需求的增大，对高速和高功率电子器件的需求增加，需要这些器件用于使用微波和毫米波段的高速电信(telecommunication)系统。用于控制相对高水平的功率的功率器件在包括通讯领域的许多领域中用于各种目的，正在对其进行各种类型的研究。

氮化镓(GaN)基半导体具有优良的材料性质，诸如大的能隙、高的热稳定性和化学稳定性、高电子饱和速度(～3×10⁷cm/sec)等，因此GaN基半导体可以不仅应用到光学器件，还可以应用到高频和高功率电子器件。采用GaN基半导体的电子器件具有各种优点，诸如高击穿电场(～3×10⁶V/cm)、高的最大电流密度、在高温下稳定的操作特性、高热导率等。特别地，在采用GaN基异质结结构的异质结构场效应晶体管(HFET)的情形下，由于结界面处的能带不连续性大，所以电子可以密集地集中在结界面处，因此电子迁移率可以进一步增大。由于这样的材料性质，GaN基半导体可以应用到高功率器件。

然而，由于GaN基半导体器件通常使用具有较低热导率的蓝宝石衬底，所以GaN基半导体器件不具有良好的散热特性。尽管为了改善的散热特性可以使用SiC衬底来代替蓝宝石衬底，但是SiC衬底较昂贵(比蓝宝石衬底贵约10倍)，因此用于制造GaN基半导体器件的整个成本增加。此外，在使用GaN基半导体器件作为功率器件的情形下，存在与电压耐受特性、制造工艺等相关的各种问题。

发明内容

本发明的示例实施例提供氮化镓基半导体器件，其具有优良的散热特性并在改善电压耐受特性方面是有利的。

本发明的示例实施例还提供了制造GaN基半导体器件的方法。

根据本发明的一方面，氮化镓(GaN)基半导体器件包括：散热衬底；和布置在散热衬底上的异质结构场效应晶体管(HFET)器件，其中HFET器件包括：GaN基多层，具有靠近散热衬底的凹陷区域；栅极，布置在凹陷区域中；以及源极和漏极，布置在GaN基多层的在栅极的两个相对侧的部分上，栅极、源极和漏极附接到散热衬底。

凹陷区域可以具有双凹陷结构。

GaN基多层可以包括2维电子气(2DEG)层。

GaN多层可以包括自散热衬底依次设置的Al_yGa_1-yN层和Al_xGa_1-xN层。这里，在Al_yGa_1-yN层中，y可以满足0.1≤y≤0.6；在Al_xGa_1-xN层中，x可以满足0≤x＜0.01。

GaN基多层还可以包括在Al_xGa_1-xN层上的高电阻GaN基材料层。

凹陷区域可以形成在Al_yGa_1-yN层上或者可以跨越Al_yGa_1-yN层和Al_xGa_1-xN层形成。

散热衬底可以包括具有比蓝宝石衬底高的热导率的材料。

散热衬底可以包括Al-Si、Si、Ge、晶体AlN、非晶AlN、非晶SiC、Al、W、Cr、Ni、Cu和这些金属的合金中的至少之一。

GaN基半导体器件还可以包括在散热衬底与HFET器件之间的接合层。

GaN基半导体器件还可以包括钝化层，该钝化层布置在散热衬底与HFET器件之间并覆盖至少部分HFET器件。

钝化层可以具有包括铝氧化物、硅氮化物和硅氧化物中至少之一的单层结构或多层结构。

根据本发明的另一方面，一种氮化镓(GaN)基半导体器件包括：散热衬底；和布置在散热衬底上的肖特基二极管器件，其中肖特基二极管器件包括：GaN基多层，与散热衬底分离；及阳极和阴极，布置在GaN基多层的面对散热衬底的表面上并附接到散热衬底，阴极和GaN基多层形成肖特基接触。

GaN基多层可以包括2维电子气(2DEG)层。

散热衬底可以包括具有比蓝宝石衬底高的热导率的材料。