[发明专利]一种基于金刚石衬底的氮化镓器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于金刚石衬底的氮化镓器件及其制备方法。其中，基于金刚石衬底的氮化镓器件的制备方法包括步骤：在氮化镓材料层的第一面生长金刚石层；在所述氮化镓材料层的第二面生长AlN成核层；在所述AlN成核层上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长AlGaN势垒层。该制备方法通过在氮化镓材料层的第一面直接生长金刚石层，避免引入介质层，消除了介质层材料热阻的影响，使得金刚石与氮化镓材料直接接触，从而使氮化镓器件直接利用热导率较高的金刚石进行散热，有效解决了氮化镓大功率器件的散热问题。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于金刚石衬底的氮化镓器件及其制备方法。

背景技术

氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料，具有较高的二维电子气浓度和击穿电压，同时还具有较高的电子饱和速度等优点，这些优点为氮化物器件结构作为大功率器件提供了有利的条件。但是由于基底散热的限制，氮化镓器件的高功率性能并不能有效发挥出来，这是因为目前氮化物材料的基底多使用硅基和蓝宝石等材料，这些材料的导热性能较差；氮化镓器件作为大功率器件输出时会产生大量的热，低热导率的基底材料不能及时将大量的热散发出去，限制了氮化镓器件的性能。

解决氮化物大功率器件散热问题的途径是寻找一种热导率良好的材料作为其基底，使氮化物材料直接生长在该材料上，或者是将两者有效键合，达到良好散热的目的。研究发现，金刚石具有良好的热导率(800～2000W/mk)，采用金刚石作为氮化镓大功率器件的基底能有效解决其散热问题。

在现有技术中，金刚石基氮化镓器件的键合方法和生长方法都在金刚石和氮化镓材料层之间间接引入了介质层，介质层的引入增加了热阻对器件的影响，不能有效解决氮化镓大功率器件的散热性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于金刚石衬底的氮化镓器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于金刚石衬底的氮化镓器件的制备方法，包括步骤：

在氮化镓材料层的第一面生长金刚石层；

在所述氮化镓材料层的第二面生长AlN成核层；

在所述AlN成核层上生长GaN缓冲层；

在所述GaN缓冲层上生长AlGaN势垒层。

在本发明的一个实施例中，在氮化镓材料层的第一面生长金刚石层，包括：

利用微波等离子体化学气相淀积法在所述氮化镓材料层的第一面生长金刚石层，所述金刚石层的厚度为20～200μm。

在本发明的一个实施例中，在所述氮化镓材料层的第二面生长AlN成核层步骤之前，还包括：

对所述氮化镓材料层的第二面做减薄抛光处理，减薄抛光后所述氮化镓材料层的厚度为1～200μm。

在本发明的一个实施例中，在所述氮化镓材料层的第二面生长AlN成核层，包括：

在970～1070℃下，利用金属有机化学气相沉积法在所述氮化镓材料层的所述第二面生长所述AlN成核层。

在本发明的一个实施例中，所述AlN成核层的厚度为0.2～10μm。

在本发明的一个实施例中，在所述AlN成核层上生长GaN缓冲层，包括：

在900～1000℃下，利用金属有机化学气相沉积法在所述AlN成核层上生长所述GaN缓冲层。

在本发明的一个实施例中，所述GaN缓冲层的厚度为0.1～5μm。

在本发明的一个实施例中，在所述GaN缓冲层上生长AlGaN势垒层，包括：