CN108447899A - 一种垂直结构GaN功率器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垂直结构GaN功率器件的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)外延生长；(2)刻蚀栅极凹槽；(3)生长绝缘栅薄层；(4)制作栅极、源极电极；(5)在器件上表面涂覆保护层并键合到一基板上；(6)采用激光剥离技术将外延层与衬底剥离；(7)利用刻蚀的方式将外延层底部的成核层去除；(8)制作漏极电极；(9)将器件从基板上剥离，去除保护层。本发明的优点在于：本发明结合激光剥离技术与刻蚀技术，既可以利用激光剥离快速去除衬底，又可以通过刻蚀的方式修复表面因激光剥离引入的损伤，同时去除外延质量较差的缓冲层材料，提高器件制造过程中的效率与良率，也改善了漏极电极的质量。
Description
技术领域
本发明属于分立器件芯片制造领域，特别涉及一种垂直结构GaN功率器件的制备方法。
背景技术
近年来，GaN基功率器件由于其转换效率高、临界击穿场强高、工作频率高等优点，已经成为了学术界与工业界共同关注和着力研发的热点。目前，常见的GaN基功率器件都是平面结构，源极、漏极、栅极都在器件顶面，这种结构的GaN基功率器件具有结构简单、工艺成熟等优点，但是这种结构的器件也有着诸多缺点：一方面，在大电流、大电压时，产生强烈的自加热效应，导致器件的功耗明显上升；另一方面，平面结构的GaN基功率器件随着工作环境温度的上升，电子迁移率会不断下降，这会极大地影响器件的截止频率，导致器件可靠性的退化。而将器件结构由平面改为垂直后，可以很大程度的改善这些问题。
大功率LED制造领域，已经有了成熟的利用激光剥离技术将LED转移到利于散热的金属基板上的技术，利用准分子激光器的高能激光将蓝宝石衬底与外延层分离后，将外延层键合到散热性能良好的金属基板上，但这种剥离技术，会引入对GaN材料的表面机械损伤，这将降低器件制造过程中的效率与良率，也会降低漏极电极的质量。
因此，研发一种能够提高器件制造过程中的效率与良率，且有效改善漏极电极质量的垂直结构GaN功率器件的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高器件制造过程中的效率与良率，且有效改善漏极电极质量的垂直结构GaN功率器件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种垂直结构GaN功率器件的制备方法，其创新点在于：所述制备方法包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上外延生长所需的层结构，形成外延层；
(2)在外延层上刻蚀出具有一定深度的凹槽；
(3)在凹槽中生长绝缘栅薄层；
(4)在绝缘栅薄层上制作栅极电极，且在凹槽两端露出的外延层上分别制作两个源极电极；
(5)在器件上表面涂覆一层聚酰亚胺作为器件保护层并固化，之后将其整体利用石蜡键合到一基板上；
(6)采用激光剥离技术将外延层与衬底剥离；
(7)利用刻蚀的方式将外延层底部的成核层去除，并对表面进行处理；
(8)在刻蚀过后的器件底部制作漏极电极；
(9)将器件从基板上剥离，聚酰亚胺通过去除液浸泡的方式去除，形成垂直结构GaN功率器件。
进一步地，所述的外延层从下至上依次为GaN-buffer层、n+-GaN层、n-GaN层、p-GaN层和n+-GaN层。
进一步地，所述步骤(2)中刻蚀应刻蚀至n-GaN。
进一步地，所述步骤(6)中的激光剥离采用ArF准分子激光器作为光源，波长为193nm或采用KrF准分子激光器作为光源，波长为248nm，且光束聚焦在蓝宝石与GaN-buffer的交界处。
进一步地，所述的外延层可通过金属有机气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延或低压化学汽相淀积的方式外延得到。
进一步地，所述步骤(3)中的绝缘栅薄层材料选用SiO2或SiNx中的任一种。
进一步地，所述步骤(7)中的刻蚀选用ICP刻蚀或湿法刻蚀中的任一种。
本发明的优点在于：本发明垂直结构GaN功率器件的制备方法，结合刻蚀生长形成垂直结构的二维电子气与凹槽型的栅极，工艺相对简单，控制效果好，制备出具有特殊结构的栅极电极和源极电极，可以保护栅极不受离子注入沾污，保证期间可靠性；同时，结合激光剥离技术与刻蚀技术，既可以利用激光剥离快速去除衬底，又可以通过刻蚀的方式修复表面因激光剥离引入的损伤，同时去除外延质量较差的缓冲层材料，提高器件制造过程中的效率与良率，也改善了漏极电极的质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例垂直结构GaN功率器件的结构示意图。
图2-图9为实施例垂直结构GaN功率器件的制备方法的制备流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例垂直结构GaN功率器件，如图1所示，包括自下而上依次设置的漏极电极10、n+-GaN层9、n-GaN层8、p-GaN层7和n+-GaN层6，且在n-GaN层8、p-GaN层7和n+-GaN层6的中部设有一凹槽，该凹槽内设有一层绝缘栅薄层4，且绝缘栅薄层4内还设有填满凹槽的栅极电极3，在凹槽两端露出的n+-GaN层6上对称设有源极电极5。
本实施例垂直结构GaN功率器件是通过以下制备步骤制备而成的：
(1)如图2所示，在蓝宝石衬底2上通过金属有机气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延或低压化学汽相淀积的方式外延生长GaN-buffer层1、n+-GaN层9、n-GaN层8、p-GaN层7和n+-GaN层6，形成外延层；
(2)如图3所示，在外延层上刻蚀出具有一定深度的凹槽，该凹槽刻蚀至n-GaN层8；
(3)如图4所示，在凹槽中生长绝缘栅薄层4，且绝缘栅薄层材料选用SiO2或SiNx中的任一种，并在绝缘栅薄层4上制作栅极电极3，且在凹槽两端露出的外延层上分别制作两个源极电极5；
(5)如图5所示，在器件上表面涂覆一层聚酰亚胺作为器件保护层并固化，之后将其整体利用石蜡键合到一基板11上；
(6)如图6所示，采用ArF准分子激光器作为光源，波长为193nm或采用KrF准分子激光器作为光源，波长为248nm，且光束聚焦在蓝宝石衬底2与GaN-buffer1的交界处，将外延层与蓝宝石衬底2剥离；
(7)如图7所示，利用ICP刻蚀或湿法刻蚀的方式将外延层底部的成核层去除，并对表面进行处理；
(8)如图8所示，在刻蚀过后的器件底部制作漏极电极10；
(9)如图9所示，将器件从基板上剥离，聚酰亚胺通过去除液浸泡的方式去除，形成垂直结构GaN功率器件。
本实施例垂直结构GaN功率器件的制备方法，结合刻蚀生长形成垂直结构的二维电子气与凹槽型的栅极，工艺相对简单，控制效果好，制备出具有特殊结构的栅极电极和源极电极，可以保护栅极不受离子注入沾污，保证期间可靠性；同时，结合激光剥离技术与刻蚀技术，既可以利用激光剥离快速去除衬底，又可以通过刻蚀的方式修复表面因激光剥离引入的损伤，同时去除外延质量较差的缓冲层材料，提高器件制造过程中的效率与良率，也改善了漏极电极的质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上外延生长所需的层结构，形成外延层；
(2)在外延层上刻蚀出具有一定深度的凹槽；
(3)在凹槽中生长绝缘栅薄层；
(4)在绝缘栅薄层上制作栅极电极，且在凹槽两端露出的外延层上分别制作两个源极电极；
(5)在器件上表面涂覆一层聚酰亚胺作为器件保护层并固化，之后将其整体利用石蜡键合到一基板上；
(6)采用激光剥离技术将外延层与衬底剥离；
(7)利用刻蚀的方式将外延层底部的成核层去除，并对表面进行处理；
(8)在刻蚀过后的器件底部制作漏极电极；
(9)将器件从基板上剥离，聚酰亚胺通过去除液浸泡的方式去除，形成垂直结构GaN功率器件。
2.根据权利要求1所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述的外延层从下至上依次为GaN-buffer层、n+-GaN层、n-GaN层、p-GaN层和n+-GaN层。
3.根据权利要求2所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中刻蚀应刻蚀至n-GaN。
4.根据权利要求2所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的激光剥离采用ArF准分子激光器作为光源，波长为193nm或采用KrF准分子激光器作为光源，波长为248nm，且光束聚焦在蓝宝石与GaN-buffer的交界处。
5.根据权利要求1所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述的外延层可通过金属有机气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延或低压化学汽相淀积的方式外延得到。
6.根据权利要求1所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的绝缘栅薄层材料选用SiO2或SiNx中的任一种。
7.根据权利要求1所述的垂直结构GaN功率器件的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中的刻蚀选用ICP刻蚀或湿法刻蚀中的任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180824 |