一种金刚石衬底GaN外延方法技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，尤其涉及一种金刚石衬底GaN外延方法。本发明专利技术通过在金刚石衬底上溅射生长AlN缓冲层，并形成AlN/金刚石模板，将AlN/金刚石模板进行退火处理，在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层，其中，对AlN/金刚石模板退火得到单晶AlN材料，消除衬底晶向的影响，同时消除衬底带来的晶格失配和热失配，简化了金刚石上GaN的外延生长过程，降低了金刚石衬底上外延GaN的生长难度。金刚石衬底上外延GaN的生长难度。金刚石衬底上外延GaN的生长难度。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石衬底GaN外延方法


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种金刚石衬底GaN外延方法。

技术介绍

[0002]III族氮化物材料具有高禁带宽度、高电子饱和速度、良好的抗辐射能力和高温性能等特点，因而特别适合应用于光电子器件、电力电子器件、微波功率器件等。金刚石是目前自然界具有最高热导率的衬底材料(Si、SiC和金刚石的导热率分别为150，390和1200
‑
2000W/mK)，有望在一个“高热”器件中实现近乎完美的热耗散，因此得到广泛关注和研究。作为衬底材料，金刚石可以以数百纳米的尺寸沉积在GaN信道内，使晶体管设备在工作时能够有效散热，可在相同尺寸下制造具有更大功率密度的GaN基功率器件。
[0003]然而由于GaN与金刚石存在很大的晶格失配和热失配，外延生长的温度通常在1000℃以上，在生长时需要对缓冲层进行非常仔细的优化，同时，由于大尺寸高质量金刚石单晶衬底的制备非常困难，目前人工制备的金刚石衬底大多是多晶材料，氮化物直接在其上生长时容易受衬底晶向的影响，因此在金刚石衬底上进行GaN异质外延的难度非常大。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种金刚石衬底GaN外延方法，以解决现有技术中金刚石衬底上GaN外延的难度大的问题。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供了一种金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述方法包括：提供金刚石衬底；
[0006]在金刚石衬底上溅射生长AlN缓冲层，形成AlN/金刚石模板；<br/>[0007]将所述AlN/金刚石模板进行退火处理；
[0008]在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层。
[0009]基于第一方面，在一些实施方式中，所述金刚石衬底为单晶金刚石衬底或多晶金刚石衬底。
[0010]基于第一方面，在一些实施方式中，所述金刚石衬底的厚度为50μm
‑
1mm。
[0011]基于第一方面，在一些实施方式中，所述AlN缓冲层的材料为多晶AlN材料。
[0012]基于第一方面，在一些实施方式中，所述AlN缓冲层的厚度为100nm。
[0013]基于第一方面，在一些实施方式中，所述AlN缓冲层经过退火处理，多晶AlN材料退火重构变为单晶AlN材料。
[0014]基于第一方面，在一些实施方式中，所述将所述AlN/金刚石模板进行退火处理包括：在温度为1100℃
‑
1700℃、压力为50mbar
‑
1000mbar的条件下，对AlN/金刚石模板进行退火处理，退火时间为10分钟。
[0015]基于第一方面，在一些实施方式中，所述在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层包括：将退火后的AlN/金刚石模板放入MOCVD设备的生长反应室中，在所述生长反应室的温度为500℃
‑
1500℃、压力为50mbar
‑
1000mbar的条件下，通入载气、镓源和氨气，在所述AlN
缓冲层上生长GaN外延层。
[0016]基于第一方面，在一些实施方式中，所述通入载气、镓源和氨气，在所述AlN缓冲层上生长GaN外延层包括：通入载气的流量为72slm，通入氨气的流量为18slm，通入镓源的流量为0.2slm；通入载气、氨气和镓源的时间为30分钟。
[0017]基于第一方面，在一些实施方式中，所述GaN外延层的厚度为100nm
‑
3μm。
[0018]本专利技术与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术通过在金刚石衬底上溅射生长AlN缓冲层，并形成AlN/金刚石模板，将AlN/金刚石模板进行退火处理，在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层，其中，对AlN/金刚石模板退火得到单晶AlN材料，消除衬底晶向的影响，同时消除衬底带来的晶格失配和热失配，简化了金刚石上GaN的外延生长过程，降低了金刚石衬底上外延GaN的生长难度。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例提供的一种金刚石衬底GaN外延方法的实现流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的一种金刚石衬底GaN外延结构示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例提供的金刚石衬底GaN外延结构变化过程示意图；
具体实施方式
[0023]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0024]在本专利的整个描述中，为了便于或简化本专利技术描述，描述中的“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语应该理解为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的部位或配件实际必须具有的特定方位、特定的方位构造和操作顺序，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]此外，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示其相对重要性、不能理解为明示或隐含所指示的技术特征的数量。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是指三个或三个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a
‑
b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0
‑
5”表示本文中已经全部列出了“0
‑
5”之间的全部实数，“0
‑
5”只是这数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
[0027]III族氮化物材料具有高禁带宽度、高电子饱和速度、良好的抗辐射能力和高温性能等特点，因而特别适合应用于光电子器件、电力电子器件、微波功率器件等。金刚石是目前自然界具有最高热导率的衬底材料(Si、SiC和金刚石的导热率分别为150，390和1200
‑
2000W/mK)，有望在一个“高热”器件中实现近乎完美的热耗散，因此得到广泛关注和研究。作为衬底材料，金刚石可以以数百纳米的尺寸沉积在GaN信道内，使晶体管设备在工作时能够有效散热，可在相同尺寸下制造具有更大功率密度的GaN基功率器件。
[0028]然而由于GaN与金刚石存在很大的晶格失配和热失配，外延生长的温度通常在1000℃以上，在生长时需要对缓冲层进行非常仔细的优化，同时，由于大尺寸高质量金刚石单晶衬底的制备非常困难，目前人工制备的金刚石衬底大多是多晶材料，氮化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述方法包括：提供金刚石衬底；在金刚石衬底上溅射生长AlN缓冲层，形成AlN/金刚石模板；将所述AlN/金刚石模板进行退火处理；在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层。2.如权利要求1所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述金刚石衬底为单晶金刚石衬底或多晶金刚石衬底。3.如权利要求2所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述金刚石衬底的厚度为50μm
‑
1mm。4.如权利要求1所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述AlN缓冲层的材料为多晶AlN材料。5.如权利要求1所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为100nm。6.如权利要求4所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述AlN缓冲层经过退火处理，多晶AlN材料退火重构变为单晶AlN材料。7.如权利要求1所述的金刚石衬底GaN外延方法，其特征在于，所述将所述AlN/金刚石模板进行退火处理包括：在温度为1100℃
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，房玉龙，尹甲运，张志荣，高楠，芦伟立，李佳，陈宏泰，牛晨亮，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：