(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの放熱構造体を備える半導体デバイスであって、該構造体は、
前記半導体デバイスに近接する側で該放熱構造体の上面に形成された第１の放熱窓と、
少なくとも１つの放熱チャネルであって、該少なくとも１つの放熱チャネルは流入チャネル及び流出チャネルを含み、該少なくとも１つの放熱チャネルは該流入チャネルを介して前記第１の放熱窓に熱伝導媒体を伝達し、前記流入チャネルは第１の開口部及び第２の開口部を含み、前記第１の開口部は前記第１の放熱窓から離れているとともに該放熱構造体の下面に配置されており、前記第２の開口部は前記第１の放熱窓に近接しているとともに該放熱構造体の前記下面から離れており、前記第１の開口部の開放面積は前記第２の開口部の開放面積より大きい、少なくとも１つの放熱チャネルと、
を備える、放熱構造体であり、
前記半導体デバイスはさらに、
前記放熱構造体の前記上面の側に配置された基板であって、該基板に第２の放熱窓が形成されており、前記基板の面に対する前記第２の放熱窓の垂直投影と前記基板の前記面に対する前記第１の放熱窓の垂直投影とは、オーバーラップ領域を有し、前記第２の放熱窓及び前記第１の放熱窓は放熱空洞を形成している、基板と、
前記放熱空洞内に配置された熱伝導層と、
前記基板上に配置された核生成層と、
前記核生成層の前記基板から離れる側に配置されたバッファー層と、
前記バッファー層の前記基板から離れる側に配置されたチャネル層と、
前記チャネル層の前記基板から離れる側に配置されたバリア層であって、前記チャネル層と該バリア層との間の界面に２次元電子ガスが形成される、バリア層と、
前記バリア層の前記チャネル層から離れる側に配置されたソース、ゲート及びドレインであって、該ゲートは、前記バリア層とショットキー接触してショットキー接合部を形成する、ソース、ゲート及びドレインとを備え、
前記核生成層に第３の放熱窓が形成され、前記基板の前記面に対する前記第３の放熱窓の垂直投影と前記基板の前記面に対する前記第２の放熱窓の垂直投影とが、オーバーラップ領域を有し、前記第３の放熱窓、前記第２の放熱窓及び前記第１の放熱窓は、放熱空洞を形成している、半導体デバイス。
【請求項２】
ｉ）前記流入チャネルと前記第１の放熱窓の中心とが位置合せされており、かつ、前記流出チャネルは前記第１の放熱窓の両側に配置されており、又は、ｉｉ）前記流出チャネルと前記第１の放熱窓の前記中心とが位置合せされており、かつ、前記流入チャネルは前記第１の放熱窓の両側に配置されている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記流入チャネルの断面形状は、外広がり形状及び段形状のうちの一方である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記放熱構造体の材料はステンレス鋼及びケイ素のうちの一方である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記バッファー層に近接する側の前記第３の放熱窓の面は、前記核生成層内で終了し、又は、前記核生成層と前記バッファー層との間の界面に配置されている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記熱伝導層の面に対する前記ショットキー接合部の垂直投影は、該熱伝導層とオーバーラップしている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記基板の前記面に対する前記第２の放熱窓の垂直投影は、前記基板の前記面に対する前記第１の放熱窓の垂直投影と完全にオーバーラップしており、前記基板の前記面に対する前記第３の放熱窓の垂直投影は、前記基板の前記面に対する前記第２の放熱窓の垂直投影と完全にオーバーラップしている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記熱伝導層の材料は、ダイヤモンド、グラフェン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記第１の放熱窓の面に対する前記第１の開口部の垂直投影は、前記第１の放熱窓とのオーバーラップ領域を有し、前記第１の放熱窓の前記面に対する前記第２の開口部の垂直投影は、前記第１の放熱窓とのオーバーラップ領域を有する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記放熱チャネルは少なくとも１つの流出チャネルを含み、前記第１の開口部の開放面積は前記少なくとも１つの流出チャネルのうちの１つの面積より大きい、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記流出チャネルは第３の開口部及び第４の開口部を含み、前記第３の開口部は前記第１の放熱窓に近接しているとともに前記第２の開口部と同一面上に配置されており、前記第２の開口部の開放面積は前記第３の開口部の開放面積より小さい、請求項１に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１７年８月８日に出願された中国特許出願第２０１７１０６７０９２３．１号の優先権を主張し、上述した中国特許出願によって開示された内容の全文を本出願の一部としてここに引用する。
【０００２】
本発明の実施形態は、半導体技術の分野に関し、特に、半導体デバイスの放熱構造体及び半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＧａＮデバイス技術の成熟により、ＧａＮデバイスの電力密度が高いという利点がより明確に論証され、業界においてＧａＮデバイスの大量生産が開始されている。しかしながら、集積回路の集積度が高まるに従い、ＧａＮデバイスの放熱に対して課せられる要求が高くなる。測定によれば、ＧａＮデバイスの熱分布は、デバイスのショットキー接合部の近くに主に集中し、熱は連続的に発生する可能性がある。しかしながら、熱を有効に放散することができない場合、ショットキー接合部の温度が上昇し、それにより、デバイスの電力出力が低減しＲＦ性能が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱管理技法は、基板を薄くする、金属ヒートシンクを追加する等、遠隔冷却によって代表される。こうした技術の熱性能は非常に限られており、それにより、ＧａＮデバイスが電力を出力し生成することができる電力が、ＧａＮデバイスが十分に冷却される場合に出力することができる電力よりはるかに低くなるように制限され、その結果、ＧａＮデバイスの可能性が十分に利用されないことになり、ＧａＮデバイスの動作寿命が短くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このことを鑑みて、本発明の実施形態は、従来技術における、半導体デバイスの冷却効果が不十分でありかつ半導体デバイスの出力電力が低いという技術的問題を解決する、半導体デバイスの放熱構造体及び半導体デバイスを提供する。
【０００６】
第１の態様では、本発明の一実施形態は、半導体デバイスの放熱構造体であって、
半導体デバイスに近接する側で放熱構造体の上面に形成された第１の放熱窓と、
少なくとも１つの放熱チャネルであって、流入チャネル及び流出チャネルを含み、この流入チャネルを介して第１の放熱窓に熱伝導媒体を伝達し、流入チャネルは第１の開口部及び第２の開口部を含み、第１の開口部は第１の放熱窓から離れており、第２の開口部は第１の放熱窓に近接しており、第１の開口部の開放面積は第２の開口部の開放面積より大きい、少なくとも１つの放熱チャネルと、
を備える、放熱構造体を提供する。
【０００７】
代替的に、第１の開口部は、放熱構造体の下面に配置されている。
【０００８】
代替的に、流入チャネルと第１の放熱窓の中心とが位置合せされており、かつ、流出チャネルは第１の放熱窓の両側に配置されており、又は、流出チャネルと第１の放熱窓の中心とが位置合せされており、かつ、流入チャネルは第１の放熱窓の両側に配置されている。
【０００９】
代替的に、流入チャネルの断面形状は、外広がり形状又は段形状である。
【００１０】
代替的に、放熱構造体の材料はステンレス鋼又はケイ素である。
【００１１】
第２の態様では、本発明の一実施形態は、
上記の放熱構造体と、
放熱構造体の上面の側に配置された基板であって、この基板に第２の放熱窓が形成されており、基板の面に対する第２の放熱窓の垂直投影と基板の面に対する第１の放熱窓の垂直投影とは、オーバーラップ領域を有し、第２の放熱窓及び第１の放熱窓は放熱空洞を形成している、基板と、
を備える、半導体デバイスを提供する。
【００１２】
代替的に、半導体デバイスは、
放熱空洞内に配置された熱伝導層と、
基板上に配置された核生成層と、
核生成層の基板から離れる側に配置されたバッファー層と、
バッファー層の基板から離れる側に配置されたチャネル層と、
チャネル層の基板から離れる側に配置されたバリア層であって、チャネル層とこのバリア層との間の界面に２次元電子ガスが形成される、バリア層と、
バリア層のチャネル層から離れる側に配置されたソース、ゲート及びドレインであって、このゲートは、バリア層とショットキー接触してショットキー接合部を形成する、ソース、ゲート及びドレインと、
を更に備える。
【００１３】
代替的に、第２の放熱窓の深さは、基板の厚さ以下である。
【００１４】
代替的に、核生成層に第３の放熱窓が形成され、基板の面に対する第３の放熱窓の垂直投影と基板の面に対する第２の放熱窓の垂直投影とが、オーバーラップ領域を有し、第３の放熱窓、第２の放熱窓及び第１の放熱窓は、放熱空洞を形成している。
【００１５】
代替的に、バッファー層に近接する側の第３の放熱窓の面は、核生成層内で終了し、又は、核生成層とバッファー層との間の界面に配置されている。
【００１６】
代替的に、熱伝導層の面に対するショットキー接合部の垂直投影は、この熱伝導層とオーバーラップしている。
【００１７】
代替的に、基板の面に対する第２の放熱窓の垂直投影は、基板の面に対する第１の放熱窓の垂直投影と完全にオーバーラップしており、基板の面に対する第３の放熱窓の垂直投影は、基板の面に対する第２の放熱窓の垂直投影と完全にオーバーラップしている。
【００１８】
代替的に、熱伝導層の材料は、ダイヤモンド、グラフェン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１つを含む。
【００１９】
半導体デバイスの放熱構造体及び半導体デバイスであって、半導体デバイスに近接する側で上面に第１の放熱窓を形成し、放熱チャネルの流入チャネルを介して第１の放熱窓に熱伝導媒体を伝達することにより、本発明の実施形態によって提供され、流入チャネルの第１の開口部の面積は流入チャネルの第２の開口部の面積より大きい、放熱構造体及び半導体デバイスにより、流入チャネルを通って流れ込む熱伝導媒体が、第２の開口部において高い流出速度を有することが確実になり、熱伝導媒体が半導体デバイスに十分に接触し、かつ半導体デバイスによって発生する熱を迅速に放散することができることが確実になり、半導体デバイスの標準出力電力が確保され、半導体デバイスの耐用年数が延長される。
【００２０】
本発明の例示的な実施形態の技術的解決法をより明確に例示するために、実施形態で使用する図面について以下簡単に説明する。明らかに、紹介する図面は、図面の全てではなく、単に、本発明に記載する実施形態の一部の図面である。当業者であれば、発明の技能を行使することなく、これらの図面に従って他の関連する図面を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による半導体デバイスの放熱構造体の概略構造図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体デバイスの別の放熱構造体の概略構造図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体デバイスの更に別の放熱構造体の概略構造図である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体デバイスの概略構造図である。
【図５】本発明の一実施形態による別の半導体デバイスの概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の目的、技術的解決法及び利点がよりよく理解されるために、本発明の技術的解決法について、以下、本発明の実施形態において具体的な実施の形態を使用することによって添付図面を参照して詳細に説明する。記載する実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく単に一部であることは明らかである。本発明の実施形態に基づいて、発明の技能を行使することなく当業者によって得られる他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲内にあるはずである。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による半導体デバイスの放熱構造体の概略構造図である。図１に示すように、本発明の一実施形態による半導体デバイスの放熱構造体は、
半導体デバイス１０に近接する側で放熱構造体２０の上面２０１に形成された第１の放熱窓２０３と、
少なくとも１つの放熱チャネルであって、流入チャネル２０４及び流出チャネル２０５を含み、流入チャネルを介して第１の放熱窓に熱伝導媒体を伝達し、流入チャネル２０４は第１の開口部２０４１及び第２の開口部２０４２を含み、第１の開口部２０４１は第１の放熱窓から離れており、第２の開口部２０４２は第１の放熱窓に近接しており、第１の開口部２０４１の開放面積は第２の開口部２０４２の開放面積より大きい、少なくとも１つの放熱チャネルと、
を備えることができる。
【００２４】
例示的に、図１に示すように、放熱構造体２０は、半導体デバイス１０の下方に形成され、放熱構造体２０の上面２０１は半導体デバイス１０に近接し、一方で、放熱構造体２０の下面２０２は半導体デバイス１０から離れている。代替的に、半導体デバイス１０は、マイクロ波集積回路を含む半導体デバイスとすることができ、具体的には、さらに、窒化ガリウム（ＧａＮ）系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）素子を含むＲＦマイクロ波集積回路とすることができる。放熱構造体２０は、上面２０１及び下面２０２を包囲する側面を更に含むことができ、上面２０１及び下面２０２は、側面によって接合されている。代替的に、第１の放熱窓２０３は、放熱構造体２０の上面２０１に形成され、この第１の放熱窓２０３を通して、放熱構造体２０内に配置された熱伝導媒体（図示せず）が半導体デバイス１０と接触して、半導体デバイス１０によって発生する熱を吸収する。代替的に、熱伝導媒体は、水又は他の熱伝導液体若しくは熱伝導気体とすることができる。代替的に、第１の放熱窓２０３は、半導体デバイス１０に対応して配置され、半導体デバイス１０は、第１の放熱窓２０３を通して露出される。
【００２５】
代替的に、図１に示すように、放熱構造体２０は、流入チャネル２０４及び流出チャネル２０５を含む少なくとも１つの放熱チャネルを更に備えることができる。放熱チャネルは、熱伝導媒体の循環チャネルとすることができ、熱伝導媒体は、流入チャネル２０４を通って放熱構造体２０内に流れ込み、第１の放熱窓２０３の対応する位置で半導体デバイス１０と接触し、半導体デバイス１０によって発生する熱を吸収し、その後、流出チャネル２０５を通って放熱構造体２０から流れ出る。代替的に、流入チャネル２０４は、２つの開口部、すなわち、第１の開口部２０４１及び第２の開口部２０４２を備えることができる。熱伝導媒体は、第１の開口部２０４１から流入チャネル２０４内に流れ込み、その後、第２の開口部２０４２から放熱構造体２０内に流れ込む。第１の開口部２０４１の開放面積は、第２の開口部２０４２の開放面積より大きくすることができる。したがって、第２の開口部２０４２から流れ出る熱伝導媒体の流出速度は、第１の開口部２０４１から流れる熱伝導媒体の流入速度より高くすることができる。流入チャネル２０４は、第１の放熱窓２０３に対応して配置されているため、したがって、熱伝導体媒体は、第２の開口部２０４２から流れ出た後、半導体デバイス１０と熱を迅速に交換し、半導体デバイス１０によって発生する熱を迅速に吸収し、半導体デバイス１０が熱を正常に放散することができるのを確実にし、半導体デバイス１０の標準出力電力を確保し、半導体デバイス１０の耐用年数を延長することができる。
【００２６】
代替的に、図１に示すように、第１の開口部２０４１は、放熱構造体２０の下面２０２に配置することができ、第２の開口部２０４２は、第１の放熱窓２０３に近接している。したがって、第２の開口部２０４２から流れ出る熱伝導媒体は、半導体デバイス１０によって発生する熱を直接吸収することができる。代替的に、図１に示すように、流出チャネル２０５は、流入チャネル２０４の周囲に配置することができる。熱伝導媒体は、流入チャネル２０４の第１の開口部２０４１を通って流入チャネル２０４内に流れ込み、第１の放熱窓２０３に近接する位置で第２の開口部２０４２から流れ出て、半導体デバイス１０と熱を交換した後に流出チャネルを通って放熱構造体２０から流れ出て、熱伝導媒体の迅速な循環を確実にする。
【００２７】
代替的に、図１に示すように、放熱構造体２０は、複数の流出チャネル２０５を備えることができ、これは、図１において、一例として２つの流出チャネル２０５を備える放熱構造体２０によって示されている。代替的に、流入チャネル２０４は、放熱構造体２０の中央に配置することができ、２つの流出チャネル２０５は、流入チャネル２０４の両側にそれぞれ配置することができる。半導体デバイス１０が熱を十分に放散することができることを確実にするように、２つの熱伝導チャネルは、熱伝導媒体が流入チャネル２０４を通って流れ込み、２つの流出チャネル２０５をそれぞれ通って流れ出ることによって形成される。
【００２８】
代替的に、図２は、本発明の一実施形態による半導体デバイスの別の放熱構造体の概略構造図である。図２に示す放熱構造体は、少なくとも２つの流入チャネル２０４と１つの流出チャネル２０５とを備えるという点で、図１に示す放熱構造体とは異なり、このことは、図２において、一例として２つの流入チャネルを備えることによってのみ示されている。図２に示すように、２つの流入チャネル２０４は、放熱構造体２０の両側にそれぞれ配置することができ、流出チャネル２０５は、放熱構造体２０の中央に配置することができる。半導体デバイス１０が熱を十分に放散することができるのを確実にするように、２つの熱伝導チャネルは、熱伝導媒体が２つの流入チャネル２０４それぞれを通って流れ込み、流出チャネル２０５を通って流れ出ることによって形成される。本発明の実施形態は、流入チャネル２０４及び流出チャネル２０５の数及び位置を限定しないということが留意されるべきであり、少なくとも１つの放熱チャネルを形成することで十分であるが、流入チャネル２０４が第１の放熱窓２０３に対応して配置されることは確実とされる。流入チャネル２０４の第１の開口部２０４１の開放面積は、第２の開口部２０４２の開放面積より大きく、それにより、熱伝導媒体は、高流速で半導体デバイス１０を通って流れることができることが確実になり、半導体デバイス１０の迅速な放熱が確実になる。
【００２９】
代替的に、放熱チャネルの流入チャネル２０４は、流入チャネル２０４内に熱伝導媒体を排出する熱伝導媒体供給デバイス（図示せず）に接続することができる。放熱チャネルの流出チャネル２０５は、熱伝導媒体回収デバイス（図示せず）に接続することができ、半導体デバイス１０と熱交換を行った熱伝導媒体は、流出チャネル２０５を通って熱伝導媒体回収デバイスに排出される。
【００３０】
代替的に、図１又は図２に示すように、流入チャネル２０４の断面形状は、外広がり形状とすることができる。第１の開口部２０４１は、外広がり形状の開口部の下端部に対応し、第２の開口部２０４２は、外広がり形状の開口部の上端部に対応し、第１の開口部２０４１の開放面積が第２の開口部２０４２の開放面積より大きいことを確実にする。
【００３１】
代替的に、図３は、本発明の一実施形態による半導体デバイスの更に別の放熱構造体の概略構造図である。図３に示すように、流入チャネル２０４の断面形状は、段形状とすることができる。図３に示す流入チャネル２０４の形状は、第１の開口部２０４１から第２の開口部２０４２まで徐々に狭くなるのではなく、第１の開口部２０４１の開放面積が第２の開口部２０４２の開放面積より大きいことを確実にするように、少なくとも１つの変化する段がある。
【００３２】
代替的に、放熱構造体２０の上面２０２及び下面２０２並びに放熱チャネルの材料は、ステンレス鋼又はケイ素である。
【００３３】
要約すると、半導体デバイスの放熱構造体であって、半導体デバイスに近接する側で上面に第１の放熱窓を形成し、放熱チャネルの流入チャネルを介して第１の放熱窓に熱伝導媒体を伝達することにより、本発明の実施形態によって提供され、流入チャネルの第１の開口部の面積は流入チャネルの第２の開口部の面積より大きい、放熱構造体により、流入チャネルを通って流れ込む熱伝導媒体が、第２の開口部において高い流出速度を有することが確実になり、熱伝導媒体が半導体デバイスに十分に接触し、熱伝導媒体が半導体デバイスと十分に熱を交換することができ、かつ半導体デバイスによって発生する熱を迅速に放散することができることが確実になり、半導体デバイスの標準出力電力が確保され、半導体デバイスの耐用年数が延長される。
【００３４】
代替的に、図４は、本発明の一実施形態による半導体デバイスの概略構造図である。本発明の実施形態による半導体デバイスは、上述した実施形態による半導体デバイスの放熱構造体を備える。具体的には、本発明の実施形態による半導体デバイスは、
上述した放熱構造体と、
放熱構造体２０の上面２０１の側に配置された基板１０１であって、この基板１０１に第２の放熱窓１０２が形成されており、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影と基板１０１の面に対する第１の放熱窓２０３の垂直投影とは、オーバーラップ領域を有し、第２の放熱窓１０２及び第１の放熱窓２０３は放熱空洞１０３を形成している、基板１０１と、
を備えることができる。
【００３５】
代替的に、半導体デバイスは、
放熱空洞内１０３に配置された熱伝導層１０４と、
基板１０１上に配置された核生成層１０５と、
核生成層１０５の基板１０１から離れる側に配置されたバッファー層１０６と、
バッファー層１０６の基板１０１から離れる側に配置されたチャネル層１０７と、
チャネル層１０７の基板１０１から離れる側に配置されたバリア層１０８であって、チャネル層１０７とこのバリア層１０８との間の界面に２次元電子ガスが形成される、バリア層１０８と、
バリア層１０８のチャネル層１０７から離れる側に配置されたソース１０９、ゲート１１０及びドレイン１１１であって、このゲート１１０は、バリア層１０８とショットキー接触してショットキー接合部１１２を形成する、ソース１０９、ゲート１１０及びドレイン１１１と、
を更に備える。
【００３６】
例示的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、放熱構造体２０の上面２０１の側に基板１０１を備えることができ、基板１０１の材料は、ケイ素、炭化ケイ素又はサファイアとすることができ、他の材料とすることができる。基板１０１の上に、第２の放熱窓１０２が形成されている。第２の放熱窓１０２は、第１の放熱窓２０３に対応して配置されている。具体的には、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影と、基板１０１の面に対する第１の放熱窓２０３の垂直投影とは、オーバーラップ領域を有し、代替的に、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影と基板１０１の面に対する第１の放熱窓２０３の垂直投影とは、図４に示すように、互いに完全にオーバーラップしているものとすることができる。代替的に、図４を更に参照すると、第２の放熱窓１０２の深さは、基板１０１の厚さ以下とすることができ、これは、核生成層１０５の側に近接する第２の放熱窓１０２の面が、基板１０１内で終了することができるか、又は、基板１０１と核生成層１０５との間の界面に配置することができることを意味する。代替的に、基板１０１は、１００μｍ〜１０００μｍの厚さを有することができ、第２の放熱窓１０２は、基板１０１の厚さ以下の深さを有することができる。このことは、一例として第２の放熱窓１０２の深さが基板１０１の厚さに等しいことを考慮することにより、図４に示されていることが留意されるべきである。代替的に、第１の放熱窓２０３及び第２の放熱窓１０２は、合わせて放熱空洞１０３を形成する。放熱構造体２０内の熱伝導媒体は、動作中に、放熱空洞１０３内で半導体デバイス１０と熱を交換して半導体デバイス１０によって発生する熱を吸収する。代替的に、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影が、基板１０１の面に対する第１の放熱窓２０３の垂直投影と完全にオーバーラップする場合、放熱空洞１０３は広い面積を有し、それにより、半導体デバイス１０の熱を時間内に放散することができることを確実にするように、熱伝導媒体が半導体構造体１０と十分に熱を交換することができることが確実になる。
【００３７】
代替的に、熱伝導層１０４は、放熱空洞１０３内に配置されている。図４に示すように、核生成層１０５の基板１０１に近接する側に、熱伝導層１０４が形成されている。熱伝導層１０４は、半導体デバイス１０によって発生する熱を伝導するように、放熱空洞１０３内に配置されている。放熱構造体２０内の熱伝導媒体は、放熱空洞１０３内における熱伝導層１０４との熱交換により、半導体デバイス１０によって発生する熱を吸収する。代替的に、熱伝導層１０４の表面積は、熱交換のための広い面積を確保するために可能な限り広くすることができる。例えば、基板１０１の面に対する熱伝導層１０４の垂直投影は、基板１０１の面に対する放熱空洞１０３の垂直投影と完全にオーバーラップすることができ、それにより、半導体デバイス１０によって発生する熱を迅速に放散することができることを確実にするように、放熱空洞１０３内に熱伝導層１０４を完全に形成することができることが確実になる。代替的に、熱伝導層１０４の材料は、ダイヤモンド、グラフェン及び窒化ホウ素のうちの少なくとも１つとすることができる。
【００３８】
代替的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、基板１０１上に核生成層１０５を更に備えることができる。核生成層１０５の材料は、窒化物、具体的にはＧａＮ若しくはＡｌＮ、又は他の窒化物とすることができる。
【００３９】
代替的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、核生成層１０５上にバッファー層１０６を更に備えることができる。バッファー層１０６の材料は、窒化物、具体的にはＧａＮ若しくはＡｌＮ、又は他の窒化物とすることができる。核生成層１０５及びバッファー層１０６は、基板１０１とエピタキシャルチャネル層１０７との材料を整合させるために使用することができる。
【００４０】
代替的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、バッファー層１０６の上にチャネル層１０７を更に備えることができる。チャネル層１０７の材料は、ＧａＮ、又はＩｎＡｌＮ等の他の半導体材料とすることができ、ここではＧａＮとすることができる。
【００４１】
代替的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、チャネル層１０７の基板１０１から離れる側にバリア層１０８を更に備えることができる。チャネル層１０７とバリア層１０８との間の界面に、２次元電子ガスが形成される。バリア層１０８の材料は、ＡｌＧａＮ、又はＩｎＡｌＮ等の他の半導体材料とすることができ、ここでは、ＡｌＧａＮとすることができる。代替的に、チャネル層１０７及びバリア層１０８は、半導体ヘテロ接合構造を形成する。チャネル層１０７とバリア層１０８との間の界面に、高濃度２次元電子ガスが形成され、チャネル層１０７のヘテロ接合界面に、導電チャネルが生成される。
【００４２】
代替的に、図４に示すように、半導体デバイス１０は、バリア層１０８のチャネル層１０７から離れる側に、ソース１０９、ゲート１１０及びドレイン１１１を更に備えることができる。ソース１０９及びドレイン１１１は、バリア層１０８の両端部に配置され、ゲート１１０は、ソース１０９とドレイン１１１との間に配置されている。代替的に、ソース１０９及びドレイン１１１の材料は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ及びＡｕ等の金属のうちの１つ又は２つ以上の組合せとすることができ、ソース１０９及びドレイン１１１は、バリア層１０８とオーミック接触し、ゲート１１０の材料は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｂ及びＡｕ等の金属のうちの１つ又は２つ以上の組合せとすることができ、ゲート１１０は、バリア層１０８とショットキー接触してショットキー接合部１１２を形成する。代替的に、半導体デバイス１０の熱は、ショットキー接合部１１２の近くに主に集中する。ショットキー接合部１１２によって発生する熱は、熱伝導層１０４を通って放熱空洞１０３の位置まで伝導することができ、ショットキー接合部１１２によって発生する熱は、放熱空洞１０３の位置において熱伝導媒体との熱交換によって吸収され、それにより、半導体デバイス１０が熱を放散することができることが確実になり、半導体デバイス１０の標準動作が確保される。代替的に、ショットキー接合部１１２は、熱伝導層１０４に対応して配置することができ、具体的には、熱伝導層１０４の面に対するショットキー接合部１１２の垂直投影は、熱伝導層１０４とオーバーラップして、ショットキー接合部１１２によって発生する熱を、直接熱伝導層１０４を通して出るように伝導することができることを確実にし、半導体デバイス１０が過度の熱により出力電力の降下をもたらさないことを確実にし、半導体デバイス１０の標準動作を確保することができる。
【００４３】
要約すると、半導体デバイスであって、半導体デバイスの基板に第２の放熱窓を形成し、第２の放熱窓は放熱構造体における第１の放熱窓に対応して配置されて放熱空洞を形成することにより、本発明の実施形態によって提供され、本発明の上記実施形態による半導体デバイスの放熱構造体を備え、放熱構造体の放熱チャネルを通って流れ込む熱伝導媒体が、放熱空洞内の熱伝導層と熱を交換し、半導体デバイスによって発生する熱を熱伝導媒体に伝導する、半導体デバイスにより、熱伝導媒体が半導体デバイスと十分に接触し、熱伝導媒体が半導体デバイスと十分に熱を交換することができ、半導体デバイスによって発生する熱を迅速に放散することができることが確実になり、半導体デバイスの標準出力電力が確保される。
【００４４】
代替的に、図５は、本発明の一実施形態による別の半導体デバイスの概略構造図である。図５に示す半導体デバイスは、上記実施形態に記載した半導体デバイスに基づいて改良されている。具体的には、図５における半導体デバイスは、図５を参照すると、核生成層に形成された第３の窓を有する。
【００４５】
核生成層１０５に、第３の放熱窓１１３が形成されている。第３の放熱窓１１３は、第２の放熱窓１０２に対応して配置されている。具体的には、基板１０１の面に対する第３の放熱窓１１３の垂直投影と、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影とは、オーバーラップ領域を有する。代替的に、第３の放熱窓１１３のバッファー層１０６に近接する側の面は、核生成層１０５内で終了し、又は、核生成層１０５とバッファー層１０６との間の界面に配置され、第３の放熱窓１１３の深さが核生成層１０５の厚さ以下であることを確実にし、このことは、一例として、第３の放熱窓１１３の深さが核生成層１０５の厚さと等しいことを考慮することによってのみ、図５に示されている。具体的には、半導体デバイスの既存の作製プロセスでは、最初に、基板１０１の上に低温核生成層１０５を堆積させ、次いで、低温の成長した核生成層１０５を堆積させ、核生成層１０５は、多くの結晶欠陥を有し、通常、立方晶系及び六方晶系等、混合結晶系を含み、その結果、核生成層１０５の熱伝導率は不十分であり、ショットキー接合部１１２において発生する熱を熱伝導層１０４に完全に伝導することができない。したがって、核生成層１０５に第３の放熱窓１１３が形成され、第３の放熱窓１１３は、第２の放熱窓１０２及び第１の放熱窓２０３とともに、放熱空洞１０３を形成し、放熱空洞１０３内において、熱伝導層１０４が配置されてバッファー層１０８と直接接触して、ショットキー接合部１１１によって発生する熱を熱伝導層１０４に伝導することができることを確実にし、それにより、熱伝導媒体と熱交換を実施し、ショットキー接合部１１２によって発生する熱を時間内に半導体デバイス１０から出るように伝導することができることが確実になる。
【００４６】
代替的に、図５に示すように、基板１０１の面に対する第３の放熱窓１１３の垂直投影は、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影と完全にオーバーラップする。第３の放熱窓１１３、第２の放熱窓１０２及び第１の放熱窓２０３は、合わせて放熱空洞１０３を形成する。放熱構造体２０内の熱伝導媒体は、動作中、放熱空洞１０３において半導体デバイス１０と熱を交換して、半導体デバイス１０によって発生する熱を吸収する。代替的に、基板１０１の面に対する第３の放熱窓１１３の垂直投影が、基板１０１の面に対する第２の放熱窓１０２の垂直投影と完全にオーバーラップする場合、放熱空洞２０３はより広い面積を有し、それにより、熱伝導媒体が半導体構造１０と十分に熱を交換することができることが確実になり、半導体デバイス１０の熱を時間内に放散することができることが確実になる。
【００４７】
要約すると、半導体デバイスであって、核生成層の上に第３の放熱窓を形成し、基板の上に第２の放熱窓を形成することにより、本発明の実施形態によって提供され、第３の放熱窓及び第２の放熱窓は、放熱構造体において第１の放熱窓に対応して配置され、かつ合わせて放熱空洞を形成し、熱伝導媒体は、放熱空洞において熱伝導層と熱を交換し、かつ半導体デバイスによって発生する熱を熱伝導媒体に伝導する、半導体デバイスにより、熱伝導媒体が半導体デバイスと十分に接触し、熱伝導媒体が半導体デバイスと十分に熱を交換することができ、半導体デバイスによって発生する熱を迅速に放散することができることが確実になり、半導体デバイスの標準出力電力が確保される。
【００４８】
上述したことは、単に本発明と本発明に適用される技術的原理との好ましい実施形態であることが留意されるべきである。当業者であれば、本発明が本明細書に記載した具体的な実施形態に限定されないことが理解されよう。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な明らかな変形、再調整、組合せ及び置換を行うことができる。したがって、上記実施形態により本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、発明の概念から逸脱することなく更に他の均等な実施形態を含むことができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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