一种氧化镓基MOSFET器件及其制作方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种氧化镓基MOSFET器件及其制作方法。

背景技术

氧化镓(Ga

针对氧化镓基MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件的散热问题，现有技术一般通过以下两种方式解决：1、在氧化镓材料上异质外延生长或者键合具有优异导热率的材料，以此提高导热效率；然而，外延和键合需要的高温环境会引入残余应力，导致材料层裂、曲边，严重影响器件性能。2、在后端封装阶段利用散热模组进行散热，如：导热硅脂、导热硅胶片、风扇等；然而，在后端封装阶段再考虑器件的散热问题，会延长开发时间，提高器件的研发成本。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种氧化镓基MOSFET器件及其制作方法。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案为：一种氧化镓基MOSFET器件，其包括氧化镓基体，所述氧化镓基体包括氧化镓衬底，所述氧化镓衬底的自由端面上刻蚀有由微纳尺寸的光子晶体孔形成的阵列，所述光子晶体孔内设有高导热率半导体材料，所述高导热率半导体材料为AlN、SiC、金刚石中的一种。

作为优选，所述光子晶体孔的孔径为200nm～5μm，孔高为100nm～10μm，相邻的所述光子晶体孔的间距为200nm～10μm。

作为优选，所述光子晶体孔以有序排列或错位排列的方式形成阵列。

作为优选，所述光子晶体孔采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺制成。

所述干法刻蚀工艺采用的气体包括Cl

在一些实施方式中，所述湿法刻蚀工艺采用的酸为HF酸，酸液的温度为室温～200℃。

作为优选，所述高导热率半导体材料通过化学气相沉积方式填充于所述光子晶体孔内。

作为优选，所述氧化镓基体还包括依次层设在所述氧化镓衬底上的n型掺杂氧化镓层和n型重掺杂氧化镓层。

作为优选，所述氧化镓基MOSFET器件还包括二氧化硅钝化层、介质层、源电极、漏电极和栅电极。

作为优选，所述介质层的材料为Al

作为优选，所述源电极、漏电极和栅电极的材料为Al、Ti、Pd、Pt、Au中的一种。

本发明还提供了一种所述氧化镓基MOSFET器件的制作方法，其包括如下步骤：

(1)制作所述氧化镓基体：

a：利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在氧化镓衬底的自由端面上刻蚀光子晶体孔阵列；

b：在光子晶体孔内填充高导热率半导体材料；

(2)制备氧化镓基MOSFET器件：

c：利用化学气相沉积法在氧化镓基体上依次沉n型掺杂氧化镓层和n型重掺杂氧化镓层；

d：利用电子束蒸发形成源电极、漏电极；

e：利用ICP工艺刻蚀沟道，然后利用化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层和介质层；

f：利用电子束蒸发形成栅电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺在氧化镓衬底的表面上刻蚀出由微纳尺寸的光子晶体孔形成的阵列，利用具有光子晶体效应的微纳孔结构来调控器件的散热效果，提高辐射带宽和辐射效率，从而提高散热效果。同时，本发明还在光子晶体孔内以填充的方式设置了高导热率半导体材料，进一步提高了器件的导热效率。本发明对热导率低的氧化镓基进行了导热和散热传输路径的双重优化，有效降低了器件的结温，提高了器件的寿命和可靠性，解决了氧化镓基MOSFET器件的散热问题，在器件的设计阶段预留散热窗口，在保证大功率器件寿命以及可靠性的前提下，缩短了器件的开发时间，降低了器件的研发成本。

附图说明

图1为本发明所述氧化镓基MOSFET器件的结构示意图；

图2为实施例1的MOSFET器件与对比例1的MOSFET器件的温度模拟测试结果。

图中，氧化镓基体1、氧化镓衬底2、光子晶体孔3、高导热半导体材料4、 n型掺杂氧化镓层5、n型重掺杂氧化镓层6、二氧化硅钝化层7、介质层8、源电极9、栅电极10、漏电极11。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中使用的原料均可通过商业途径获得，所使用的方法或工艺如无特别指明，均为本领域的常规方法或常规工艺。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种氧化镓基MOSFET器件，其包括氧化镓基体1、二氧化硅钝化层7、介质层8、源电极9、栅电极10以及和漏电极11。其中，氧化镓基体1包括依次层设的氧化镓衬底2、n型掺杂氧化镓层5、n型重掺杂氧化镓层6。氧化镓衬底2的自由端面上刻蚀有微纳级的光子晶体孔3，光子晶体孔3以有序排列或错位排列的方式形成阵列，光子晶体孔3内填充有高导热率半导体材料4。

光子晶体孔3的孔径为200nm～5μm，孔高为100nm～10μm，相邻的光子晶体孔3的间距为200nm～10μm。介质层8的材料可以是Al

该氧化镓基MOSFET器件的制作方法，包括如下步骤：

(1)制作氧化镓基体：

a：利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在氧化镓衬底的自由端面上刻蚀光子晶体孔阵列；其中，干法刻蚀采用的气体可以是Cl

b：在光子晶体孔内以化学气相沉积方式填充高导热率半导体材料，；

(2)制备氧化镓基MOSFET器件：

c：利用化学气相沉积法在氧化镓基体上依次沉n型掺杂氧化镓层和n型重掺杂氧化镓层；

d：利用电子束蒸发形成源电极、漏电极；

e：利用ICP工艺刻蚀沟道，然后利用化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层和介质层；

f：利用电子束蒸发形成栅电极。

对比例1

一种氧化镓基MOSFET器件，其与实施例1的区别仅在于：对比例1的器件的氧化镓衬底上没有光子晶体孔阵列。

将实施例1制备的MOSFET器件与对比例1制备的MOSFET器件进行温度模拟测试，结果图2所示。

从图2可看出，相同器件结构情况下，具有微纳尺寸光子晶体孔阵列的氧化镓基MOSFET器件的温度为312K，低于未做光子晶体孔阵列的对比例1器件的温度(315K)。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。