[发明专利]一种金刚石复合衬底氮化镓器件的制备方法及其器件

说明书

本发明公开了一种金刚石复合衬底氮化镓器件的制备方法及其器件，所述方法包括以下步骤：对第一衬底的第一表面进行刻蚀，形成若干凹槽；在具有若干凹槽的第一表面生长金刚石材料，并使所述金刚石材料填满所述凹槽且覆盖所述第一衬底的第一表面，以形成第二衬底；对所述第一衬底的第二表面进行减薄处理使所述金刚石露出，形成复合衬底；在所述复合衬底上选择性的生长氮化物材料，以形成氮化物缓冲层。本发明通过金刚石与氮化物材料直接接触，避免了在氮化物材料与金刚石之间采用介质层，消除了介质层热阻对氮化镓功率器件的影响，有效解决了氮化镓大功率器件的散热问题，提高了器件性能。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种金刚石复合衬底氮化镓器件的制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料由于具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场、较高的电子饱和漂移速度、稳定的化学性能等优点以及耐高温和抗辐射等物理性质而被广泛应用。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。

为了提高氮化镓器件的散热能力，通常采用热导率更高的金刚石做衬底材料。由于氮化镓材料很难直接生长在金刚石衬底上，现有技术通常采用键合技术或者间接生长技术，以实现金刚石基氮化镓器件。

然而，上述两个方法均需要在金刚石和氮化镓材料层之间间接引入介质层，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问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种金刚石复合衬底氮化镓器件的制备方法及其器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种金刚石复合衬底氮化镓器件的制备方法，包括以下步骤：

对第一衬底的第一表面进行刻蚀，形成若干凹槽；

在具有若干凹槽的第一表面生长金刚石材料，并使所述金刚石材料填满所述凹槽且覆盖所述第一衬底的第一表面，以形成第二衬底；

对所述第一衬底的第二表面进行减薄处理使所述金刚石露出，形成复合衬底；

在所述复合衬底上选择性的生长氮化物材料，以形成氮化物缓冲层。

在本发明的一个实施例中，所述第一衬底的材料包括硅、氮化铝、蓝宝石、碳化硅中的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽均匀分布在所述第一衬底的第一表面上。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽之间的间距为1-10μm。

在本发明的一个实施例中，所述凹槽的深度为0.1-1μm。

在本发明的一个实施例中，所述第二衬底的厚度为50-300μm。

在本发明的一个实施例中，对所述第一衬底的第二表面进行减薄处理使所述金刚石露出，形成复合衬底，包括：

将整个样品翻转，利用深硅刻蚀方法和机械抛光方法对所述第一衬底的第二表面进行减薄处理，以形成表面呈现第一衬底与第二衬底间隔分布的复合衬底。

在本发明的一个实施例中在所述复合衬底上选择性的生长氮化物材料，以形成氮化物缓冲层，包括：

在间隔分布的所述第一衬底上生长氮化物材料，利用氮化物材料在生长过程中的外扩性使所述氮化物材料向所述第一衬底两边的所述第二衬底上扩散，直至所述氮化物材料覆盖所述第一衬底和所述第二衬底，形成氮化物缓冲层。