[发明专利]GaN器件结构及制备方法

说明书

本发明提供一种GaN器件结构及其制备方法，GaN器件制备包括：提供半导体基底，形成石墨烯层，在石墨烯层中形成刻蚀凹槽，在刻蚀凹槽中生长金刚石柱，在石墨烯层上形成上表面高于金刚石柱的GaN功能层，制备势垒层。还可以进一步剥离半导体基底和石墨烯层，将石墨烯层及上方结构转移至一工作衬底上。本发明通过将石墨烯层和金刚石有效的集成在GaN器件当中，解决GaN器件有效散热的问题，减少了材料热阻，提高散热效果，工艺简单，且衬底可回收，降低了成本，基于本发明的方案，可以有效降低器件厚度。

技术领域

本发明属于GaN器件制备技术领域，特别是涉及一种GaN器件结构及制备方法。

背景技术

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

目前，器件工作过程的产生的热主要集成中器件正面，尤其是栅-漏区，如果利用传统散热方法，即在器件背面贴装热沉（经过背部减薄，背金，再进行与金属热沉的键合），那么器件的散热需经过GaN沟道-AlGaN缓冲层-AlN成核层-SiC或Si衬底，经过每层材料都增加了对应材料热阻（以及不同材料间的界面热阻），散热效果不好。考虑到GaN器件的不同应用场景，在完成传统衬底上GaN器件制备后，通过需要对衬底进行减薄或去除，并把衬底以上的结构材料器件转移到其它功能衬底上，但传统方法工艺繁琐，衬底刻蚀工艺又带来了成本、可靠性问题。

因此，如何提供一种GaN器件及制备方法，以解决GaN器件有效散热问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种GaN器件及制备方法，用于解决现有技术中GaN器件难以有效散热等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种GaN器件结构的制备方法，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。

可选地，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辅助外延层之间的结合力，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。

可选地，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。

可选地，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。