[实用新型]高散热性能的半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种高散热性能的半导体器件。

背景技术

大功率半导体器件，尤其是以GaN、SiC为代表的第三代半导体器件，在电力电子领域和通信领域有着广阔的应用前景。在电力电子领域，第三代半导体器件具有以下优点：开态电阻小，有利于提高设备电能利用效率和节省能源；工作频率可以达到1MHz以上，有利于提高集成度、减小设备体积。在通信领域，第三代半导体器件禁带宽度大、工作温度高、操作电压高，有利于广泛地应用到高频大功率场合。

然而，半导体器件在大功率工作条件下，发热量非常大，沟道温度可以达到150℃以上，而随着沟道温度的升高，器件的性能将急剧衰减，甚至器件将失效，这严重制约了功率半导体器件的发展。实际上，随着科学技术的不断发展，半导体器件在高温高压下的应用逐渐增多，例如，电力电子器件一般用来处理高电压、大电流，电压处理范围从几十伏到几千伏，电流能力最高可达几千安培，常用来做变频、变压、变流、功率管理等。因此，进一步降低半导体器件的工作温度一直是研究热点之一。

利用合理的散热设计是降低半导体器件工作温度主要途径之一。当前，现有的散热设计一般是在半导体器件外采用载板的形式，不利于器件的进一步集成。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种高散热性能的半导体器件，能够提高器件散热性能，有效降低器件工作温度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种高散热性能的半导体器件，包括：衬底，所述衬底具有多个通孔，所述通孔从所述衬底的上表面贯穿至所述衬底的下表面；外延片，所述外延片生长在所述衬底上；其中，所述外延片包括位于所述衬底上横向生长的成核层和位于所述成核层上的器件结构。

优选地，所述衬底为SiC衬底、GaN衬底、Si衬底、蓝宝石衬底或GaAs衬底。

优选地，所述通孔在所述衬底上均匀分布。

优选地，所述通孔的形状为圆形、椭圆形、三角形或四边形。

优选地，所述通孔的大小为1-500μm，所述通孔的间距为5-800μm。

优选地，所述成核层为GaN薄膜或SiC薄膜。

优选地，所述成核层的厚度为0-1mm。

优选地，所述通孔中填充有冷凝剂。

优选地，所述器件结构包括由下至上依次层叠的沟道层和势垒层，所述势垒层上形成有源极、栅极、漏极以及覆盖所述势垒层、源极、栅极和漏极的介质层。

区别于现有技术的情况，本实用新型的有益效果是：由于衬底具有多个通孔，热量可以通过通孔散发，从而能够提高器件散热性能，有效降低器件工作温度，并且由于通孔的存在，横向生长而成的成核层与衬底的晶格适配小，外延片的各层之间应力小，比传统的外延片质量高，所以具有更好的器件性能。

附图说明

图1是本实用新型一实施例高散热性能的半导体器件的截面示意图。

图2是图1所示的半导体器件的衬底的俯视示意图。

图3是本实用新型另一实施例高散热性能的半导体器件的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一并参见图1和图2，本实用新型提供一种高散热性能的半导体器件，其包括衬底1和外延片2。衬底1具有多个通孔11，通孔11从衬底1的上表面贯穿至衬底1的下表面。外延片2生长在衬底1上，外延片2包括位于衬底1上横向生长的成核层20和位于成核层20上的器件结构30。

在本实施例中，衬底1为SiC衬底、GaN衬底、Si衬底、蓝宝石衬底或GaAs衬底，当然，也可以是其他材料的衬底。

通孔11在衬底1上均匀分布，如图2所示，通孔11在衬底1上排列为阵列。可选地，通孔11的大小为1-500μm，通孔11的间距为5-800μm。需要注意的是，本实用新型并不对通孔11的排列方式作限定，在其他一些实施例中，通孔11也可以在衬底1上非均匀分布。通孔11的形状可以是规则图形，例如为圆形、椭圆形、三角形或四边形，也可以为不规则图形，在本实施例中，通孔11的形状为方形。