[发明专利]金刚石衬底上的N极性面GaN/InAlN异质结及制备方法

权利要求书

1.一种金刚石衬底上的N极性面GaN/InAlN异质结构，其自下而上包括：衬底(1)、缓冲层(2)、GaN层(3)、InAlN外延层(4)和GaN帽层(5)，其特征在于：

所述衬底(1)，其采用金刚石材料，用于外延生长异质结，以增强异质结的散热能力，改善器件在大功率工作下的性能；

所述缓冲层(2)，其采用BN材料，用于生长外延结构的缓冲层，以提高外延层质量；

所述GaN层(3)，其采用N极性面GaN，用于形成N极性外延结构，以降低欧姆接触电阻。

2.根据权利要求1所述的异质结，其特征在于：所述的缓冲层(2)，其厚度为5-100nm。

3.根据权利要求1所述的异质结，其特征在于：

所述的GaN层(3)，其厚度为500-2000nm；

所述的GaN帽层(5)，其厚度为20-25nm。

4.根据权利要求1所述的异质结，其特征在于：所述的InAlN外延层(4)，其厚度为20-1000nm，In组分为17％，Al组分为83％。

5.根据权利要求1所述的异质结，其特征在于：一种金刚石衬底上的N极性面GaN/InAlN异质结的制备方法，包括如下步骤：

1)热处理：

将金刚石衬底经过打磨和清洗之后，置于金属有机化学气相淀积MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；

向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到为20-60Torr条件下，将衬底加热到温度为900-1200℃，并保持5-10min，完成对衬底基片的热处理；

2)在热处理后的金刚石衬底上采用MOCVD工艺生长度5-100nm厚的BN外延层；

3)在氮气氛围下，对BN外延层进行氮化处理；

4)在氮化处理后的BN上，采用MOCVD工艺生长500-2000nm的N极性GaN外延层；

5)在N极性GaN上采用MOCVD工艺生长厚度为20-1000nm，In组分为17％，Al组分为83％的InAlN层；

6)在InAlN层上采用MOCVD工艺生长厚度为20nm的GaN层。完成对InAlN/GaN异质结的制备。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：2)中在金刚石衬底上采用MOCVD工艺生长BN外延层，其工艺条件如下：

反应室温度为1000-1100℃，

保持反应室压力为400Torr，

向反应室中同时通入流量为5000-6000sccm的氨气，流量为15-25sccm的硼源。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：3)中对BN外延层进行氮化处理，其工艺条件如下：

反应室温度为1000-1100℃，

保持反应室压力为20-60Torr，

向反应室中同时通入流量为2000-3000sccm的氨气。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：4)中在BN外延层上采用MOCVD工艺生长N极性GaN外延层，其工艺条件如下：

反应室温度为1000-1100℃，

保持反应室压力为20-60Torr，

向反应室中同时通入流量为2000-3000sccm的氨气、流量为100-200的镓源。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：5)中在N极性GaN上采用MOCVD工艺生长InAlN层，其工艺条件如下：

反应室温度为700-800℃，

保持反应室压力为200-300Torr，

向反应室中同时通入流量为2500-3500sccm的氮气，流量为2.3μmol/min的Al源、流量为5.8μmol/min的In源和流量为1200sccm的氨气。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：6)中在InAlN层上采用MOCVD工艺生长GaN层，其工艺条件如下：

反应室温度为1000-1100℃，

保持反应室压力为20-40Torr，

向反应室中同时通入流量为2000-3000sccm的氨气、流量为100-200的镓源。