[发明专利]卷式GaN基半导体器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种卷式GaN基半导体器件及其制备方法，该器件包括：第二半导体衬底；键合材料层；中空且封闭的卷式管状结构，由外向内包括：具有压应力及张应力的两层SiN层、第二AlyGa1‑yN层、GaN层及第一AlxGa1‑xN层，0x1，0y1。通过形成具有张应力及压应力的两层SiN层，在刻蚀牺牲层过程中，具有不同应力的SiN层之间互相调控自行卷曲形成中空且封闭的卷式管状结构，该三维结构尺寸小；同时，自卷形成的GaN基半导体器件可作为微流通道，内表面受钝化层保护，工艺简单，且可保证半导体器件的散热性能；还可向卷式管状结构的中空部分通入冷却液对半导体器件进行散热，以保证半导体器件在高温条件下的散热性能。

技术领域

本发明属于半导体器件制造领域，特别是涉及一种卷式GaN基半导体器件及其制备方法。

背景技术

周知，电力电子系统一直助力于可持续发展和提高能量转换率。功率半导体器件作为电力电子系统中能量转换的关键部件之一，一直都是众多学者的研究重点。GaN作为第三代半导体材料的代表，具有较大的禁带宽度、较高的载流子迁移率、较高的击穿电压，一直以来被认定为是高压、高功率、高频率应用的显著候选。目前业界普遍采用的GaN基半导体器件有GaN HEMT器件、GaN FinFET及纳米线结构。

现有的GaN HEMT器件通常为平面结构，即器件的源极、栅极、漏极都在一个平面上、这种器件常规结构制备相对简单，但很难满足摩尔定律小尺寸发展需求，而GaN FinFET及纳米线结构可满足器件小尺寸发展要求，但制备工艺相对复杂，难度较大。同时，考虑到GaN基半导体器件高耐压及其大功率应用场景，散热一直是一个令人困扰的问题，而目前以SiC或者Si为衬底的GaN基半导体器件散热性能不够理想，通常需要增加金属热沉或者微流道来加快散热，这又增加了工艺复杂性及对应工艺成本。因此传统平面GaN器件或者垂直纳米线GaN器件很难既满足器件小尺寸化、又不增加工艺复杂度，同时还保证器件良好的散热性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种卷式GaN基半导体器件及其制备方法，用于解决现有技术中GaN基半导体器件很难既满足器件小尺寸化、又不增加工艺复杂度，同时还能保证器件良好的散热性能等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种卷式GaN基半导体器件的制备方法，所述制备方法至少包括：

提供第一半导体衬底，并于所述第一半导体衬底上外延生长异质结构，且沿所述异质结构生长方向所述异质结构包括AlN成核层、第一Al_xGa_1-xN复合层、GaN层及第二Al_yGa_1-yN层，其中，0x1，0y1；

于所述异质结构上依次沉积具有张应力的第一SiN层、具有压应力的第二SiN层及键合材料层；

提供第二半导体衬底，并基于所述键合材料层将所述第一半导体衬底与所述第二半导体衬底键合；

去除所述第一半导体衬底、所述异质结构中的所述AlN成核层、部分所述第一Al_xGa_1-xN复合层；

于剩余所述第一Al_xGa_1-xN复合层上形成GaN基半导体器件；

湿法刻蚀部分所述键合材料层，刻蚀过程中由于所述第一SiN层及所述第二SiN层之间的应力调控使所述键合材料层上的结构自卷形成中空且封闭的卷式管状结构。

可选地，所述第一半导体衬底为Si (111)衬底，所述第二半导体衬底为Si (100)衬底，所述键合材料层为Al层。

可选地，所述第一Al_xGa_1-xN复合层中Al组分由下向上逐渐减少，0x0.8。