[实用新型]具有高散热性能的半导体器件

说明书

本实用新型公开了一种具有高散热性能的半导体器件，包括衬底及生长在衬底上的外延片：衬底具有一个空腔，空腔的截面为上窄下宽的等腰梯形；在衬底的上表面具有若干将空腔与外延片连通的第一通孔，在衬底的下表面具有若干将空腔与衬底外部连通的第二通孔，第一通孔的数量少于第二通孔的数量；衬底的两个相对侧面上均设有与空腔连通的第三通孔；外延片包括位于衬底上横向生长的成核层和位于成核层上的器件结构。该实用新型的半导体器件能能快速降低器件温度，显著提高器件的散热性能，有效降低器件工作温度；并且由于第一通孔的存在，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，具有更好的器件性能。

技术领域

本实用新型属于半导体制造技术领域，具体而言涉及具有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。

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

本实用新型的目的在针对现有技术的不足，提供一种具有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。

为达到上述技术目的，本实用新型提供的一种具有高散热性能的半导体器件，包括衬底及生长在所述衬底上的外延片：

所述衬底具有一个空腔，所述空腔的截面为上窄下宽的等腰梯形；在所述衬底的上表面具有若干将所述空腔与外延片的下表面连通的第一通孔，在所述衬底的下表面具有若干将所述空腔与衬底外部连通的第二通孔，所述第一通孔的数量少于所述第二通孔的数量；所述衬底的两个相对侧面上均设有与空腔连通的第三通孔；

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。

进一步地，所述衬底为SiC衬底、GaN衬底、Si衬底、蓝宝石衬底或GaAs衬底。

进一步地，所述第一通孔、第二通孔在所述衬底上均匀分布。

进一步地，所述第一通孔大于所述第二通孔。

进一步地，所述第一通孔的大小为2-400μm，所述第一通孔的间距为6-700μm。

进一步地，所述成核层为GaN薄膜或SiC薄膜。

进一步地，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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：