可恢復性能的氮化鎵元件的制作方法
【專利摘要】一種氮化鎵半導體元件，包括氮化鎵半導體器件、封裝外殼，以及與氮化鎵半導體器件表面相對的一個發光單元。當氮化鎵半導體元件的性能由于電子被俘獲中心捕獲而對元件性能有所影響時，可以通過發光單元進行照明，使電子從俘獲中心逃逸，從而恢復元件的性能。
【專利說明】可恢復性能的氮化鎵元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率半導體器件領域，特別涉及一種具有性能可恢復特性的氮化鎵 (GaN)元件及制造方法。
【背景技術】
[0002]基于硅材料的功率半導體器件經過多年發展，器件的性能已經趨近硅材料的理論 極限。目前功率半導體器件正進入以氮化鎵代表的第三代寬禁帶半導體時代。在降低器件 自身的電力損耗、提高開關頻率和器件耐熱性能等方面，與硅基功率半導體器件相比，氮化 鎵基功率半導體器件(氮化鎵器件)均具有非常大的優勢。
[0003]氮化鎵器件100的典型結構如圖1所示，在襯底材料101表面沉積過渡層102，在 過渡層102表面沉積氮化鎵層103，氮化鎵層103表面沉積鋁鎵氮層104。在鋁鎵氮(AlGaN) 104和氮化鎵(GaN)103之間，由于壓電效應和自發極化，形成一層二維電子氣108。在AlGaN 的表面沉積金屬并進行高溫退火，形成源極105、柵極106和漏極107。當漏極上施加相對 源極固定的電壓時，通過調節柵極相對于源極的電壓，可以控制二維電子氣層108的電子 濃度，從而控制晶體管的導通狀態。
[0004]在氮化鎵器件100中的不同位置存在電荷俘獲中心:在鋁鎵氮層104表面的電荷 俘獲中心Tl，在鋁鎵氮層104中的電荷俘獲中心T2，在氮化鎵層103中的電荷俘獲中心T3， 在襯底材料101中的電荷俘獲中心T4。當電子被電荷俘獲中心捕獲后，將對二維電子氣層 108中的傳導電子的運動產生影響，從而造成器件性能的降低。對于能級較淺的電荷俘獲中 心，電子從中自發逃逸的平均時間較短(微秒量級)，對器件性能影響時間較短；對于某些能 級較深的電荷俘獲中心，電子從中逃逸的平均時間會長達數小時甚至數天，對器件性能影 響時間極長。
[0005]為了降低被俘獲電子對二維電子氣層108中的傳導電子的影響，保持器件的工作 性能，需要減少電荷俘獲中心的數目，或者通過技術手段使被俘獲電子從能級較深的電荷 俘獲中心快速逃逸出來。
[0006]在現有技術中，通過在氮化鎵器件100的中鋁鎵氮層104的表面沉積一絕緣體鈍 化層109,可以在一定程度上降低電荷俘獲中心Tl的數目。對于降低電荷俘獲中心T2、T3 和T4的數目尚無有效方法。
[0007]以上所述氮化鎵器件100可以包含氮化鎵場效應晶體管、氮化鎵二極管或者氮化 鎵集成電路在內的一個或者多個器件。
【發明內容】
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種具有可恢復性能特性的新型的氮化鎵 元件，技術方案如下:
一種氮化鎵元件，包括氮化鎵器件、與氮化鎵器件相連接的封裝外殼，以及與氮化鎵器 件表面相對的一個發光單元。[0009]進一步，所述氮化鎵器件是包含氮化鎵場效應晶體管、氮化鎵二極管以及氮化鎵集成電路在內的一個或者多個器件。
[0010]進一步，所述封裝外殼上包含一個或者多個金屬引腳，在封裝外殼內部與氮化鎵器件表面的電極相連。
[0011]進一步，所述氮化鎵器件與封裝外殼的連接方式為金屬引線連接或者直接連接。
[0012]進一步，所述封裝外殼上包含O個或者I個散熱裝置。
[0013]進一步，所述發光單元固定于封裝外殼之上，并且發光面與氮化鎵器件的表面相對。
[0014]進一步,所述發光單元所發光線的波長范圍在300nm至800nm之間。
[0015]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:當電子被電荷俘獲中心捕獲之后，可以通過對氮化鎵器件表面進行照明，使被俘獲電子獲得較高的能量，從而從電荷俘獲中心逃逸，降低對傳導電子運動的影響。與進行照明之前相比，氮化鎵器件的性能得以恢復。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是現有氣化嫁場效應晶體管的結構不意圖；
圖2是現有技術中氮化鎵元件的第一個實施例的結構示意圖；
圖3是現有技術中氮化鎵元件的第二個實施例的結構示意圖；
圖4是通過照明使電子從電荷俘獲中心逃逸的工作原理示意圖；
圖5是本發明所提供的第一實施例的氮化鎵元件的結構示意圖；
圖6是本發明所提供的第二實施例的氮化鎵元件的結構示意圖；
圖7是本發明所提供的第三實施例的氮化鎵元件的結構示意圖；
圖8是本發明所提供的第四實施例的氮化鎵元件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加易懂，下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0018]圖2是現有技術中氮化鎵元件的第一實施例結構示意圖。
[0019]氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料203與置于封裝外殼201上的散熱裝置204相連。電極105、106和107通過金屬引線在封裝外殼201內部，與金屬引腳205、206和207分別相連。封裝外殼202將封裝外殼201封閉。
[0020]圖3是現有技術中氮化鎵元件的第二實施例結構示意圖。
[0021]氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料303與置于封裝外殼301上的散熱裝置304相連。電極105、106和107與置于封裝外殼302上的金屬引腳305,306和307分別相連。封裝外殼302將封裝外殼301封閉。
[0022]圖4是通過照明使電子從電荷俘獲中心逃逸的工作原理示意圖。
[0023]當電子被氮化鎵器件100中的電荷俘獲中心捕獲之后，二維電子氣層108中的傳導電子的運動受到影響，從而降低器件的性能。通過光源401向氮化鎵器件的表面照明之后，被捕獲的電子獲得較高的能量，從而從電荷俘獲中心逃逸，恢復器件的初始性能。[0024]圖5是本發明所提供的第一實施例的氮化鎵元件的結構示意圖。
[0025]氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料510與置于封裝盒501上的散熱裝置511相連。電極105、106和107通過金屬引線在封裝盒501內部，與金屬引腳505、506和507分別相連。發光單元509置于封裝蓋502上。封裝盒501的側壁所在平面與襯底101底面所在平面相交。封裝蓋502所在平面與襯底101底面所在平面平行。發光單元509的電極與置于封裝蓋502上的電極503和504通過引線連接。發光單元509的發光面與氮化鎵器件100的表面相對。封裝蓋502將封裝盒501封閉。封閉后發光單元509和氮化鎵器件100共同位于封裝外殼內部。
[0026]當由于電子被氮化鎵器件100中的電荷俘獲中心捕獲從而降低器件性能時，通過在電極503和504之間施加電壓或者電流，使發光單元509發光從而照明氮化鎵器件100的表面，使被捕獲電子從電荷俘獲中心逃逸，恢復氮化鎵器件100的初始性能。
[0027]為了保持氮化鎵器件100的性能長時間不受影響，可以設置發光單元509周期性發光或者不間斷發光。
[0028]發光單元509所發出的光線的波長范圍在300nm至800nm之間。
[0029]圖6是本發明所提供的第二實施例的氮化鎵元件的結構示意圖；
氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料610與置于封裝盒501上的散熱裝置611相連。電極105、106和107通過金屬引線在封裝盒601內部，與金屬引腳605、606和607分別相連。發光單元609置于封裝蓋602上。發光單元609的電極與置于封裝蓋602上的電極603和604通過引線連接。發光單元609的發光面與氮化鎵器件100的表面相對。封裝蓋602將封裝盒601封閉。封閉后發光單元609位于封裝外殼外部，氮化鎵器件100位于封裝外殼內部。
[0030]當由于電子被氮化鎵器件100中的電荷俘獲中心捕獲從而降低器件性能時，通過在電極603和604之間施加電壓或者電流，使發光單元609發光從而照明氮化鎵器件100的表面，使被捕獲電子從電荷俘獲中心逃逸，恢復氮化鎵器件100的初始性能。
[0031]為了保持氮化鎵器件100的性能長時間不受影響，可以設置發光單元609周期性發光或者不間斷發光。
[0032]發光單元609所發出的光線的波長范圍在300nm至800nm之間。封裝蓋602所使用的材料在發光單元609所發出的光線的波長范圍內透明。
[0033]圖7是本發明所提供的第三實施例的氮化鎵元件的結構示意圖。
[0034]氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料710與置于封裝盒701上的散熱裝置711相連。電極105、106和107與置于封裝蓋702上的金屬引腳705,706和707分別相連。發光單元709置于封裝蓋702上。發光單元709的電極與置于封裝蓋702上的電極703和704通過引線連接。發光單元709的發光面與氮化鎵器件100的表面相對。封裝蓋702將封裝盒701封閉。封閉后發光單元709和氮化鎵器件100共同位于封裝外殼內部。
[0035]當由于電子被氮化鎵器件100中的電荷俘獲中心捕獲從而降低器件性能時，通過在電極703和704之間施加電壓或者電流，使發光單元709發光從而照明氮化鎵器件100的表面，使被捕獲電子從電荷俘獲中心逃逸，恢復氮化鎵器件100的初始性能。
[0036]為了保持氮化鎵器件100的性能長時間不受影響，可以設置發光單元709周期性發光或者不間斷發光。[0037]發光單元709所發出的光線的波長范圍在300nm至800nm之間。
[0038]圖8是本發明所提供的第四實施例的氮化鎵元件的結構示意圖。
[0039]氮化鎵器件100的襯底101通過導熱材料810與置于封裝盒801上的散熱裝置811相連。電極105、106和107與置于封裝蓋802上的金屬引腳805,806和807分別相連。發光單元809置于封裝蓋802上。發光單元809的電極與置于封裝蓋802上的電極803和804通過引線連接。發光單元809的發光面與氮化鎵器件100的表面相對。封裝蓋802將封裝盒801封閉。封閉后發光單元809位于封裝外殼外部，氮化鎵器件100位于封裝外殼內部。
[0040]當由于電子被氮化鎵器件100中的電荷俘獲中心捕獲從而降低器件性能時，通過在電極803和804之間施加電壓或者電流，使發光單元809發光從而照明氮化鎵器件100的表面，使被捕獲電子從電荷俘獲中心逃逸，恢復氮化鎵器件100的初始性能。
[0041]為了保持氮化鎵器件100的性能長時間不受影響，可以設置發光單元809周期性發光或者不間斷發光。
[0042]發光單元809所發出的光線的波長范圍在300nm至800nm之間。
[0043]封裝蓋802所使用的材料在發光單元809所發出的光線的波長范圍內透明。
[0044]本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種氮化鎵元件，其特征在于，包括:氮化鎵器件，所述氮化鎵器件是包含氮化鎵場 效應晶體管、氮化鎵二極管以及氮化鎵集成電路在內的一個或者多個器件、封裝外殼，所述 封裝外殼封裝所述氮化鎵器件、以及一個發光單元，所述發光單元位于封裝外殼內或者外。
2.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述封裝外殼上包含一個或者多 個第一金屬引腳，所述第一金屬弓I腳在封裝外殼內部與氮化鎵器件表面的電極相連。
3.根據權利要求2所述金屬引腳與所述氮化鎵器件表面的電極通過金屬引線連接，或 者直接接觸。
4.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述封裝外殼上包含I個散熱裝置。
5.根據權利要求4所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述氮化鎵器件與所述散熱裝置 通過導熱材料連接。
6.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述發光單元固定于封裝外殼之 上，并且發光面與氮化鎵器件的表面相對。
7.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述封裝外殼上包含至少兩個第 二金屬引腳與所述發光單元連接。
8.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述發光單元所發光線的波長范 圍在300nm至800nm之間。
9.根據權利要求1所述的氮化鎵元件，其特征在于，所述發光單元封裝于封裝外殼之 外時，與發光單元相連接的封裝外殼材料對所述發光單元所發出的光線的波長范圍內透 明。
【文檔編號】H01L29/20GK103531545SQ201210232688
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月6日 優先權日:2012年7月6日
【發明者】劉朋, 王振中, 李超 申請人:無錫派騰微納米科技有限公司