一种以金刚石为衬底的外延GaN及其制备方法技术

本申请提供了一种以金刚石为衬底的外延GaN及其制备方法，其由金刚石为衬底，设置于金刚石衬底上的单层或者多层石墨烯层，以及溅射于石墨烯层上的氮化铝层，以及外延生长于氮化铝上的氮化镓薄膜。该方案通过引入单层或者多层石墨烯，降低由于对多晶金刚石的表面进行研磨和抛光处理出现的某些细小的晶粒脱落，导致金刚石的表面形成纳米级的凹坑，从而极大地改善凹坑对氮化铝生长的不利；也可以消除金刚石与氮化铝之间的晶格失配和热失配，消除晶体中存在的拉应力或者压应力，极大地改善溅射氮化铝的晶体质量；同时，氮化铝和氮化镓晶格常数十分接近，外延氮化镓层的质量同样也得到了极大的改善。大的改善。大的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种以金刚石为衬底的外延GaN及其制备方法


[0001]本申请涉及功率元件
，尤其涉及一种以金刚石为衬底的外延GaN及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有硅功率器件已经达到了理论极限，而作为第三代半导体材料中氮化镓材料的基础参数更加优异，具有更大的发展空间。氮化镓功率器件适合高频、高温、高效率的应用环境，能够有效减小系统尺寸，提高功率密度，并最终降低系统成本。
[0003]但随着GaN功率器件的设计和工艺不断提高和改进，其理论输出功率越来越高，频率越来越大，体积越来越小。然而，在尺寸小型化和功率增大化的条件下，GaN基微波功率器件的可靠性和稳定性受到严重挑战，其中最主要的原因是GaN基功率器件随着功率密度的增加，芯片有源区的热积累效应迅速增加，导致其各项性能指标迅速恶化，使其大功率优势未能充分发挥。因此，散热问题成为制约GaN基功率器件进一步发展和广泛应用的主要问题之一。
[0004]研究中发现，金刚石晶圆一般为多晶金刚石，多晶金刚石往往会存在着一些目前加工工艺难以解决的缺点，在研磨或者抛光的过程中，由于多晶结构的原因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以金刚石为衬底的外延GaN，其特征在于，包括金刚石衬底，设置于金刚石衬底上的单层或者多层石墨烯层，以及溅射于石墨烯层上的氮化铝层，以及外延生长于氮化铝上的氮化镓薄膜。2.一种以金刚石为衬底的外延GaN的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：制备多晶金刚石衬底A)将处理好的硅片放置于MPCVD中，对腔体抽真空，随后通入氢气，开启微波电源，再通入甲烷气体，逐渐的在硅片表面生长出多晶金刚石；B)生长结束后，将样品从腔体中取出研磨和抛光；抛光完成后，用过化学腐蚀的方式，去掉与金刚石相结合的硅，最终形成金刚石的自支撑衬底；步骤二：单层或者多层石墨烯层的制备A)在铜箔表面生长的多层或者单层石墨烯的表面均匀的旋涂一层PMMA溶液，随后烘干；B)烘干后，放入有腐蚀铜的溶液中，腐蚀时长不少于半小时；C)腐蚀完成后，放入纯净的去离子水中，然后把PMMA/石墨烯薄膜转移到金刚石衬底的表面；D)转移完成后，将金刚石进行烘干；随后将金刚石衬底放置于丙酮溶液中进行水浴加热，将PMMA完全溶解掉；E)随后将金刚石在烘干箱中进行烘干，形成金刚石表面的单层或多层石墨烯；步骤三：溅射氮化铝层A)将上述转移好石墨烯的金刚石衬底，放置于磁控溅射设备中，进行抽真空；B)通入氮气和氩气，同时对样品进行加热，温℃达到后进行溅射；C)溅射时长为5
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40分钟，氮化铝薄膜的厚℃为20
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200纳米之间，完成溅射氮化铝层；步骤四：制备氮化镓外延层将磁控溅射氮化铝后的样品在保持高洁净℃的环境下取出，随后放置于MOCVD设备中，设置反应温℃和气压；向反应腔室内通入氨气、镓源气体，在氮化铝表面外延一层高质量的氮化镓薄膜，薄膜的厚℃为150
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250纳米。3.一种以金刚石为衬底的外延GaN的制备方法，其步骤为：步骤一：准备单晶金刚石；步骤二：单层或者多层石墨烯层的转移A)在铜箔表面生长的多层或者单层石墨烯的表面均匀的旋涂一层PMMA溶液，随后烘干；B)烘干后，放入有腐蚀铜的溶液中，腐蚀时长不少于半小时；C)腐蚀完成后，放入纯净的去离子水中，然后把PMMA/石墨烯薄膜转移到单晶金刚石衬底的表面；用PMMA把石墨烯包覆好，防止在后续转移过程中发生破坏。D)转移完成后，将单晶金刚石进行烘干，使得石墨烯层与单晶金刚石衬底表面贴合紧密；随后将单晶金刚石衬底放置于丙酮溶液中进行水浴加热，将PMMA完全溶解掉；E)随后将单晶金刚石在烘干箱中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张粉红，李熙规，
申请(专利权)人：化合积电厦门半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：