[发明专利]一种GaN基电子器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件制造领域，具体涉及一种GaN基电子器件及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)具有较大的直接禁带宽度(3.4ev)、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，因此已经成为目前半导体技术领域的研究热点。利用此特点制作的半导体器件，如高电子迁移率晶体管(HEMT)具有击穿电场大、电流密度高、电子饱和漂移速度快等特点，非常适合于制作高温、高频、高压和大功率的器件，可以用于射频微波领域及电力电子领域，例如无线通信基站、电力电子器件等信息收发、能量转换等领域。

GaN基电子器件往往工作在高压、大电流情况下，所以一般情况芯片的温度会非常高，而高温条件下工作的半导体器件的特性会变差，寿命会变短。所以好的散热对于芯片的高可靠性、高稳定性和高效率非常重要。

现有GaN基电子器件的封装一般先将引线连接芯片电极和基板，再将基板和封装体连接。封装体积大、易掉线，且不易于散热。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种GaN基电子器件及其制备方法，有效解决了现有GaN基电子器件散热差的问题，同时提高了GaN基电子器件的可靠性、稳定性。

本发明的是通过以下技术方案实现的：

一种GaN基电子器件，该GaN基电子器件从下到上依次为：衬底层、缓冲层、模板层、沟道层、势垒层、栅漏源金属层、邦定层以及用于封装电子器件的封装体。

进一步优选地，所述衬底层为蓝宝石衬底、Si衬底以及SiC衬底中的一种。

进一步优选地，所述缓冲层为AlN、GaN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一种或者多种组合。

进一步优选地，所述缓冲层为多层结构或单层结构。

进一步优选地，所述模板层为未掺杂GaN、Fe掺杂GaN、C掺杂GaN以及AlGaN中的一种或者多种组合。

进一步优选地，所述势垒层为AlN、AlGaN、AlInN以及AlInGaN中的一种或者多种组合。

进一步优选地，所述邦定层为Sn或Au-Sn合金。

进一步优选地，所述封装体包含金属焊盘和包封体，所述包封体通过所述金属焊盘与所述邦定层焊接。

本发明还提供了一种GaN基电子器件制备方法，该制备方法应用于上述GaN基电子器件，包括：

A1在衬底层上从下到上依次生长缓冲层、模板层、沟道层以及势垒层，得到GaN基电子器件的外延结构；

A2在所述势垒层上制备栅漏源金属层，得到芯片；

A3在所述栅漏源金属层表面制备邦定层；

A4采用共晶的方式通过所述邦定层将步骤A2中形成的芯片焊接在封装体中的金属焊盘上，再使用所述封装体中的包封体对其进行包封。

本发明的有益效果是：

本发明与传统芯片和封装技术相比，芯片和封装体中的金属焊盘直接通过金属层(邦定层)以共晶的方式连接在一起，不需要使用导线和基板，从而大大减小了GaN基电子器件的体积和重量，提高电子器件的组装密度和性价比，降低了制造成本，不会因导线脱落引起器件的可靠性。

再有，采用本发明提供的封装方法，由于其不使用导线，这样内部的芯片与封装体布线间的互连线长度短很多，因而寄生参数小，信号传输延迟时间短，大大改善了电路的高频性能。

另外，本发明提供的GaN基电子器件中芯片和封装体中的金属焊盘之间通过散热性好的金属(邦定层)直接连接，散热性更好；同时器件有源区主要靠近上表面，这样，芯片上表面和封装体直接相连使得芯片工作时产生的热量可以被快速传递，从而大大提高了电子器件的散热性能，同时大大提高了电子器件的工作效率、稳定性、可靠性和寿命。

附图说明

图1本发明中GaN基电子器件结构示意图；

图中标记：1-衬底层，2-外延结构，3-栅漏源极金属层，4-邦定层，5-金属焊盘，6-包封体；

图2本发明中的外延结构示意图；

图中标记：21-缓冲层，22-模板层，23-沟道层，24-势垒层；

图3为本发明中一个具体实施例中GAN基电子器件结构示意图；

图中标记：11-蓝宝石衬底层，12-氮化镓低温缓冲层，13-未掺杂的高温氮化镓层，14-碳掺杂的半绝缘氮化镓层，15-未掺杂氮化镓沟道层，16-铝镓氮势垒层，17-栅漏源金属层，18-邦定层，19-金属焊盘。

具体实施方式