[发明专利]GaN器件结构及制备方法

权利要求书

1.一种GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体基底；

在所述半导体基底上形成石墨烯层；

制备金刚石柱，所述金刚石柱的形成方式包括：在所述石墨烯层中形成若干个刻蚀凹槽，在所述刻蚀凹槽中生长金刚石柱并使所述金刚石柱的高度大于所述刻蚀凹槽的深度；或者，在所述石墨烯层上形成生长基层，在所述生长基层上生长所述金刚石柱；

在形成有所述金刚石柱的结构上外延生长GaN功能层，且所述GaN功能层的上表面高于所述金刚石柱的上表面；

在所述GaN功能层表面制备势垒层，并制备器件的源极、漏极和栅极；

通过所述石墨烯层将所述半导体基底与所述石墨烯层上的结构分离；

将所述石墨烯层及形成在所述石墨烯层上的结构转移至一工作衬底上。

2.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，分离所述半导体基底与所述石墨烯层的方法包括步骤：

在所述势垒层上形成覆盖所述源极、所述漏极和所述栅极的钝化辅助层；

在所述钝化辅助层上设置拾取结构，基于所述拾取结构向所述半导体基底与所述石墨烯层的界面施加剥离力，且所述剥离力大于所述石墨烯层与所述半导体基底之间的结合力，以在所述剥离力的作用下将所述半导体基底与所述石墨烯层分离。

3.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述半导体基底包括半导体衬底及形成在所述半导体衬底上的辅助外延层，所述石墨烯层形成在所述辅助外延层表面；和/或，所述工作衬底包括金属衬底、金刚石衬底及柔性衬底中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，当采用在所述刻蚀凹槽中生长所述金刚石柱时，所述石墨烯层包括至少两层石墨烯单元层，且刻蚀后所述刻蚀凹槽底部剩余至多两层所述石墨烯单元层。

5.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述石墨烯层的厚度小于10nm，所述刻蚀凹槽底部的剩余石墨烯层的厚度小于1nm，所述金刚石柱的厚度介于100-500 nm，所述GaN功能层高出所述金刚石柱50-100nm之间。

6.根据权利要求1所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，当采用所述生长基层上生长所述金刚石柱时，所述金刚石柱的形成方式包括：

在所述石墨烯层上沉积所述生长基层，所述生长基层包括SiN层；

在所述生长基层上旋涂含有金刚石种子的改性光刻胶层，并通过光刻在所述改性光刻胶层形成若干个改性光刻胶单元，以定义所述金刚石柱的生长位置；

在所述改性光刻胶单元上生长得到所述金刚石柱；

刻蚀去除所述金刚石柱周围的所述生长基层至所述石墨烯层。

7.根据权利要求6所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，所述金刚石柱的生长方式包括采用甲烷、氢和氧作为气源，生长温度介于700−750℃之间；和/或，去除未生长所述金刚石柱的所述改性光刻胶层还包括对所述石墨烯层进行刻蚀的步骤，具体包括先采用氧等离子进行化学吸附，在采用氩离子进行物理解吸去除，以实现所述石墨烯层的刻蚀。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的GaN器件结构的制备方法，其特征在于，形成所述GaN功能层的步骤包括：在第一温度下进行GaN成核，所述第一温度介于980℃-1020℃之间；再在第二温度下进行薄膜生长，所述第二温度介于1050℃-1110℃之间。