本技術(shù)屬于gan帽層，具體而言，涉及一種gan帽層結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、氮化鎵(gan)作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，以其優(yōu)異的物理和電學(xué)特性，如寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子遷移率、高溫穩(wěn)定性及高熱導(dǎo)率等，在電力電子、射頻通信、光電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在gan器件結(jié)構(gòu)中，p-gan帽層作為關(guān)鍵組成部分，位于二維電子氣(2deg)溝道之上，承擔(dān)著提供歐姆接觸、調(diào)控柵極對(duì)2deg電場(chǎng)控制以及改善表面特性的重任。傳統(tǒng)的p-gan帽層結(jié)構(gòu)通常為均勻、連續(xù)的單層薄膜，通過摻雜p型雜質(zhì)(如鎂、鋅、鎘等)形成。

2、隨著gan器件在高功率密度和高頻應(yīng)用中的普及，傳統(tǒng)p-gan帽層結(jié)構(gòu)暴露出技術(shù)問題：熱管理難題：盡管gan本身具有較高的熱導(dǎo)率，但在高功率密度應(yīng)用下，由于器件內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量集中在局部區(qū)域，尤其是p-gan帽層與金屬接觸區(qū)域，傳統(tǒng)的單一、均勻的p-gan帽層結(jié)構(gòu)難以迅速有效地將熱量從熱源傳遞到外部散熱器，導(dǎo)致局部熱點(diǎn)溫度升高，影響器件性能、壽命及可靠性。電荷屏蔽效應(yīng)：傳統(tǒng)p-gan帽層厚度通常受限于工藝條件和對(duì)歐姆接觸的要求，過厚的帽層會(huì)增加?xùn)艠O電壓對(duì)2deg的控制難度，即所謂的電荷屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致閾值電壓漂移、開關(guān)速度下降以及跨導(dǎo)減小，影響器件的高速開關(guān)性能和功率效率。歐姆接觸問題：由于gan與金屬間的功函數(shù)失配，形成良好的歐姆接觸較為困難，傳統(tǒng)p-gan帽層結(jié)構(gòu)往往需要附加復(fù)雜的表面處理和金屬選擇，以降低接觸電阻。然而，即使如此，接觸電阻仍然可能較高，影響器件的導(dǎo)通損耗和熱管理。表面缺陷與陷阱：傳統(tǒng)p-gan帽層結(jié)構(gòu)對(duì)表面缺陷和陷阱的抑制能力有限，這些非理想結(jié)構(gòu)會(huì)捕獲或釋放電荷，導(dǎo)致器件漏電流增大、動(dòng)態(tài)行為不穩(wěn)定以及可靠性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本實(shí)用新型提供的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，解決傳統(tǒng)gan器件內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量集中在局部區(qū)域的問題，提升器件的局部熱耗散能力。

2、本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本實(shí)用新型提供一種gan帽層結(jié)構(gòu)，用于氮化鎵器件中，包括gan器件，所述gan器件設(shè)置有2deg溝道，其中，所述gan器件設(shè)置有p-gan帽層，所述p-gan帽層設(shè)置于所述gan器件的所述2deg溝道之上，所述p-gan帽層表面刻蝕有環(huán)形溝槽陣列，所述環(huán)形溝槽陣列包括多個(gè)環(huán)形溝槽，每個(gè)所述環(huán)形溝槽沿徑向環(huán)繞所述2deg溝道的延伸方向呈環(huán)形分布，所述環(huán)形溝槽陣列內(nèi)填充有填充材料；

4、其中，所述環(huán)形溝槽陣列的側(cè)壁與所述p-gan帽層表面形成傾斜角。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型的一種gan帽層結(jié)構(gòu)還可以做如下改進(jìn):

6、其中，所述環(huán)形溝槽陣列的軸線與所述2deg溝道的中心軸線重合。

7、進(jìn)一步的，所述環(huán)形溝槽陣列的深度為所述p-gan帽層厚度的10％至50％。

8、進(jìn)一步的，所述環(huán)形溝槽的寬度與其相鄰所述環(huán)形溝槽之間的間距之比為1:1至1:3。

9、進(jìn)一步的，所述環(huán)形溝槽陣列的橫截面形狀為矩形、半圓形、梯形或v形中的一種。

10、進(jìn)一步的，所述環(huán)形溝槽的數(shù)量為2至20個(gè)，相鄰兩個(gè)所述環(huán)形溝槽的中心距按照黃金分割比例、斐波那契數(shù)列或等差數(shù)列間隔排列。

11、進(jìn)一步的，所述傾斜角為30°至45°。

12、采用上述改進(jìn)方案的有益效果為：側(cè)壁傾斜設(shè)計(jì)使得熱量在沿著側(cè)壁傳播時(shí)，其流動(dòng)方向與垂直于p-gan帽層表面的方向產(chǎn)生偏移，即熱量在溝槽內(nèi)的流動(dòng)路徑不再是單純的垂直向上，而是形成一定角度的斜向上傳播。

13、當(dāng)熱流通過傾斜側(cè)壁向上擴(kuò)散時(shí)，由于側(cè)壁與p-gan帽層表面之間的夾角作用，熱流在到達(dá)溝槽頂部后會(huì)向溝槽外側(cè)擴(kuò)散，而非直接垂直向上返回到p-gan帽層表面。這種設(shè)計(jì)有助于引導(dǎo)熱流沿溝槽徑向向外擴(kuò)散，促進(jìn)熱量更快速地傳遞至外部散熱環(huán)境，減少熱量在溝槽內(nèi)部的回流和積聚。

14、側(cè)壁傾斜設(shè)計(jì)通過優(yōu)化熱流方向，降低了熱流在溝槽內(nèi)部的垂直熱阻，增加了熱流沿徑向的擴(kuò)散路徑，使得熱量更易于從溝槽內(nèi)部向外部傳遞，從而提高了熱擴(kuò)散效率。

15、同時(shí)，傾斜側(cè)壁設(shè)計(jì)還能有效減少熱流在溝槽內(nèi)壁的反射和散射，降低熱流在溝槽內(nèi)部的滯留時(shí)間，進(jìn)一步提升熱擴(kuò)散速率，有助于降低器件熱點(diǎn)溫度，提高器件的熱穩(wěn)定性。

16、進(jìn)一步的，所述填充材料與所述p-gan帽層之間通過化學(xué)鍵合、金屬間化合物形成或熱壓填充方式緊密結(jié)合。

17、進(jìn)一步的，所述填充材料為高熱導(dǎo)率填充材料。

18、進(jìn)一步的，所述填充材料的熱導(dǎo)率至少為所述p-gan帽層材料熱導(dǎo)率的兩倍，所述高熱導(dǎo)率填充材料為硅、碳化硅、金剛石、金屬合金、復(fù)合材料中的一種。

19、p-gan帽層材料具體指摻雜了p型雜質(zhì)(如鎂、鋅、鎘等)的氮化鎵(gan)材料。在gan器件中，p-gan帽層作為器件結(jié)構(gòu)的一部分，位于二維電子氣(2deg)溝道上方，其主要作用包括提供歐姆接觸、調(diào)控柵極對(duì)2deg的電場(chǎng)控制以及改善表面特性等。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型提供的一種gan帽層結(jié)構(gòu)的有益效果是：使得熱量能夠沿著溝槽徑向迅速向外擴(kuò)散，減少了熱流在帽層內(nèi)部的橫向擴(kuò)散阻力。填充的高熱導(dǎo)率材料，其熱導(dǎo)率至少為p-gan帽層材料的兩倍，極大地增強(qiáng)了熱傳導(dǎo)效率，顯著提升了器件的局部熱耗散能力；

21、有效降低熱阻：通過合理設(shè)計(jì)環(huán)形溝槽的深度、寬度、間距以及填充材料的選擇，優(yōu)化了熱流路徑，減少了熱流在p-gan帽層內(nèi)部的回流和積聚，降低了熱阻，使得熱量更易于從熱源傳遞到外部散熱環(huán)境，進(jìn)一步提升了熱擴(kuò)散效率；

22、降低熱點(diǎn)溫度：環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)有效地分散了局部熱點(diǎn)，降低了熱點(diǎn)溫度，減少了高溫對(duì)器件性能的影響，延長了器件的使用壽命，同時(shí)降低了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，提高了器件在高溫工作條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種gan帽層結(jié)構(gòu)，用于氮化鎵器件中，包括gan器件(10)，所述gan器件(10)設(shè)置有2deg溝道(12)，其特征在于，所述gan器件(10)設(shè)置有p-gan帽層(11)，所述p-gan帽層(11)設(shè)置于所述gan器件(10)的所述2deg溝道(12)之上，所述p-gan帽層(11)表面刻蝕有環(huán)形溝槽陣列(20)，所述環(huán)形溝槽陣列(20)包括多個(gè)環(huán)形溝槽，每個(gè)所述環(huán)形溝槽沿徑向環(huán)繞所述2deg溝道(12)的延伸方向呈環(huán)形分布，所述環(huán)形溝槽陣列(20)內(nèi)填充有填充材料(21)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形溝槽陣列(20)的軸線與所述2deg溝道(12)的中心軸線重合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形溝槽陣列(20)的深度為所述p-gan帽層(11)厚度的10％至50％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形溝槽的寬度與其相鄰所述環(huán)形溝槽之間的間距之比為1:1至1:3。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形溝槽陣列(20)的橫截面形狀為矩形、半圓形、梯形或v形中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)形溝槽的數(shù)量為2至20個(gè)，相鄰兩個(gè)所述環(huán)形溝槽的中心距按照黃金分割比例、斐波那契數(shù)列或等差數(shù)列間隔排列。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傾斜角為30°至45°。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填充材料(21)與所述p-gan帽層(11)之間通過化學(xué)鍵合、金屬間化合物形成或熱壓填充方式緊密結(jié)合。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填充材料(21)為高熱導(dǎo)率填充材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種gan帽層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述填充材料(21)的熱導(dǎo)率至少為所述p-gan帽層(11)材料熱導(dǎo)率的兩倍，所述高熱導(dǎo)率填充材料為硅、碳化硅、金剛石、金屬合金、復(fù)合材料中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供了一種GaN帽層結(jié)構(gòu)，屬于GaN帽層技術(shù)領(lǐng)域，該GaN帽層結(jié)構(gòu)用于氮化鎵器件中，包括GAN器件，所述GAN器件設(shè)置有2DEG溝道，其中，所述GAN器件設(shè)置有p?GaN帽層，所述p?GaN帽層設(shè)置于所述GAN器件的2DEG溝道之上，所述p?GaN帽層表面刻蝕有環(huán)形溝槽陣列，所述環(huán)形溝槽陣列包括多個(gè)環(huán)形溝槽，每個(gè)所述環(huán)形溝槽沿徑向環(huán)繞2DEG溝道的延伸方向呈環(huán)形分布，所述環(huán)形溝槽陣列內(nèi)填充有填充材料；所述環(huán)形溝槽陣列的側(cè)壁與所述p?GaN帽層表面形成傾斜角，所述環(huán)形溝槽陣列的軸線與所述2DEG溝道的中心軸線重合，本技術(shù)打破了GAN器件傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的熱流限制，促進(jìn)了熱量在三維空間的快速傳遞。

技術(shù)研發(fā)人員：王丕龍,王新強(qiáng),譚文濤,楊玉珍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州創(chuàng)芯致尚微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240425
技術(shù)公布日：2024/12/19