[发明专利]一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列

说明书

本发明涉及一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列，该方法通过设置包含有重掺杂GaN牺牲层和阻断漏电流通路的高阻层的GaN HEMT器件阵列结构，在器件的表面覆盖钝化绝缘层保护器件，通过在钝化绝缘层上开设通孔暴露源漏和栅极进而通过键合金属将其键合至目标基底，进一步地结合特定的电化学腐蚀方法，将HEMT阵列从刚性衬底释放，实现了器件阵列的无损剥离，释放了材料内部的应力，有效的解决了缓冲层和衬底漏电的问题，极大的提升了HEMT器件的性能，为HEMT器件与目标基底的异构集成提供了新渠道，极大的拓宽了电子电力器件的使用范围。

技术领域

本发明涉及GaN HEMT技术领域，尤其涉及一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列。

背景技术

近年来，随着半导体材料制备技术、半导体工艺制造技术、微电子技术以及功率集成技术的快速发展，电子电力技术在大功率、高频化、小型化、智能化及能源效率转化等取得了跨越式的进步。其中，功率器件作为电子电力技术的核心元器件，对于实现功率转换和提高能源转换效率起着至关重要的作用。其中，三五族氮化物作为第三代宽禁带半导体材料的代表，具有宽带隙、耐高温、高击穿电场等优势。其中AlGaN/AlN/GaN异质结由于自身的极化特性，在GaN一侧形成高电子迁移率和高面密度的二维电子气(2DEG)，从而被广泛的应用于高性能的射频器件、电子电力器件。

然而，为了减小衬底和外延材料的晶格匹配和热失配，选择外延衬底通常要求衬底在晶体结构、晶格常数上和外延材料相近，物理化学性质稳定。GaN只能外延到刚性衬底(Si，Sapphire)，很大程度上限制了其的应用领域。同时，就现阶段GaN HEMT器件剥离的技术而言，很难获得大面积、器件结构完整的元件，无法与现阶段的集成电路技术路线衔接融合。就现阶段的剥离技术，仍无法达到GaN HEMT阵列的无损剥离，存在剥离不彻底，结构损害较大的问题。且现有的键合技术，较多布局在剥离后薄膜的处理，存在操作难度大，良率低等较多技术问题尚未解决。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法及其器件阵列，其实现了了器件阵列完整无损的剥离和转移，有效的解决了衬底和缓冲层漏电、目标层自热效应的问题，解决了目前剥离手段不彻底，对外延片损伤较大的问题。该GaN HEMT器件中，通过牺牲层和高阻层的设置，以及利用外延层之间导电性的差异，采用特定的电化学剥离方法，实现了倒装GaN HEMT阵列器件与目标基底的键合，实现了器件的无损高效剥离与器件的阵列转移。有效的解决了传统HEMT器件中缓冲层漏电问题，缓解了器件的自热效应，提供了与目标基底(例如Si基底)集成电路技术衔接的新方案，极大的拓宽了GaN HEMT器件阵列的市场应用。基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案。

本发明一方面提供一种倒装GaN HEMT器件阵列的转移和异质集成方法，包括以下步骤：在生长衬底上依次外延生长包含重掺杂GaN牺牲层、高阻层、AlGaN/AlN/GaN目标层和帽层的外延叠层；

图案化所述帽层；在所述目标层上形成源极和漏极；沉积栅介质层；图案化所述栅介质层，形成与所述帽层接触的栅极；沉积钝化绝缘层，图案化所述钝化绝缘层，形成暴露所述源极、漏极和栅极的窗口；在所述窗口中沉积第一键合金属层；刻蚀所述外延叠层至所述牺牲层，形成GaN HEMT器件阵列；在目标基底上的预定区域沉积第二键合金属层；

将所述第二键合金属层对准所述第一键合金属层，加热键合后获得异质键合叠层；选用电化学腐蚀工艺腐蚀所述键合叠层中的牺牲层，释放所述生长衬底，实现倒装结构的GaN HEMT阵列转移。