[发明专利]一种金属埋层高散热GaN二极管结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属埋层高散热GaN二极管结构及其制备方法，该GaN二极管结构的GaN外延层与衬底之间设置有金属埋层，所述金属埋层为三层金属导热层。本申请利用金属导热率高特点，结合Bonding技术在衬底和GaN之间制作一层具有高导热性质的金属，解决了GaN器件的散热问题。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种金属埋层高散热GaN二极管结构及其制备方法。

背景技术

半导体芯片生产过程中需要制作金属电极，氮化镓材料作为第三代半导体的代表，室温下禁带宽度达到了3.45eV，远远大于Si和GaAs的禁带宽度，因此在电场击穿强度上大了一个数量级，非常适合制作大功率器件。同时氮化镓的高电子饱和速度和导热率也使得在应用到高频领域中更能凸显其优势，因此在高频、高压和大功率器件方面GaN优势明显。

但是与传统的功率器件一样，工作在高频和大功率状态下温度上升很快，因此功率器件的散热技术就尤为关键，如果不能将器件产生的热量及时散发，会导致器件性能退化，进而是器件失效。

用Si做衬底制作的GaN二极管因为成品较低所有备受关注，但是Si材料的热导率很低，导致Si基GaN器件的自热效应就更明显，严重束缚了其功率特性的应用。虽然SiC材料具有良好的热导率，以SiC为衬底的GaN器件自热效应也相应减轻，但是在大功率应用下的高温可靠性仍然是个挑战，同时SiC衬底十分昂贵不利于在民用领域进行推广。

目前采用的散热方案都是对封装好的芯片进行散热设计，整体的散热结构在模组中占的空间比较大，影响体积的缩小和效率的提升。器件的散热结构与Si衬底直接接触，通过Si将GaN器件产生的热量传递出来，但是Si材料的导热性太差不能有效的将热量全部导出，因此仍然存在一定的局限性。

另外,现有技术有通过背面刻蚀深通孔(几百微米)，再使用镀金工艺填充的方式将GaN器件产生的热量导出来，但是这样做工艺成本高，且电镀存在环境污染的风险，而且在刻蚀过程中容易造成器件的损伤。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种金属埋层高散热GaN二极管结构，其有效解决了现有技术中存在的问题。本发明的另一目的在于提供一种金属埋层高散热GaN二极管结构的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属埋层高散热GaN二极管结构，所述GaN二极管结构的GaN外延层与衬底之间设置有金属埋层，所述金属埋层为三层金属导热层。

进一步，所述三层金属导热层从上之下依次为Ag层、In层和Ag层；或者Au层、In层和Au层；或者Au层、In层和Ag层。

一种金属埋层高散热GaN二极管结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)在衬底上通过外延的方式得到GaN外延层；

2)在所述GaN外延层表面依次蒸镀第一金属导热层和第二金属导热层，标记为材料一；

3)选取另一衬底，在该衬底的表面蒸镀第三金属导热层，标记为材料二；

4)通过Bonding设备将所述材料一和所述材料二的金属面相对粘附在一起形成新结构；

5)将材料二的衬底通过光刻胶保护的方式保护起来，然后在专用的衬底材料的腐蚀液中将材料一的衬底材料腐蚀干净，露出GaN外延层；

6)通过刻蚀GaN外延层到所述第一金属导热层的表面，之后通过导热金属连接到衬底的导热结构上形成新的具有金属埋层的高散热GaN二极管结构。

进一步，所述第一金属导热层、第二金属导热层以及第三金属导热层分别为Ag层、In层和Ag层；或者Au层、In层和Au层；或者Au层、In层和Ag层。