一种金刚石衬底GaN外延方法与流程

本发明属于半导体，尤其涉及一种金刚石衬底gan外延方法。

背景技术：

1、iii族氮化物材料具有高禁带宽度、高电子饱和速度、良好的抗辐射能力和高温性能等特点，因而特别适合应用于光电子器件、电力电子器件、微波功率器件等。金刚石是目前自然界具有最高热导率的衬底材料(si、sic和金刚石的导热率分别为150，390和1200-2000w/mk)，有望在一个“高热”器件中实现近乎完美的热耗散，因此得到广泛关注和研究。作为衬底材料，金刚石可以以数百纳米的尺寸沉积在gan信道内，使晶体管设备在工作时能够有效散热，可在相同尺寸下制造具有更大功率密度的gan基功率器件。

2、然而由于gan与金刚石存在很大的晶格失配和热失配，外延生长的温度通常在1000℃以上，在生长时需要对缓冲层进行非常仔细的优化，同时，由于大尺寸高质量金刚石单晶衬底的制备非常困难，目前人工制备的金刚石衬底大多是多晶材料，氮化物直接在其上生长时容易受衬底晶向的影响，因此在金刚石衬底上进行gan异质外延的难度非常大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种金刚石衬底gan外延方法，以解决现有技术中金刚石衬底上gan外延的难度大的问题。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述方法包括：提供金刚石衬底；

3、在金刚石衬底上溅射生长aln缓冲层，形成aln/金刚石模板；

4、将所述aln/金刚石模板进行退火处理；

5、在退火后的aln缓冲层上生长gan外延层。

6、基于第一方面，在一些实施方式中，所述金刚石衬底为单晶金刚石衬底或多晶金刚石衬底。

7、基于第一方面，在一些实施方式中，所述金刚石衬底的厚度为50μm-1mm。

8、基于第一方面，在一些实施方式中，所述aln缓冲层的材料为多晶aln材料。

9、基于第一方面，在一些实施方式中，所述aln缓冲层的厚度为100nm。

10、基于第一方面，在一些实施方式中，所述aln缓冲层经过退火处理，多晶aln材料退火重构变为单晶aln材料。

11、基于第一方面，在一些实施方式中，所述将所述aln/金刚石模板进行退火处理包括：在温度为1100℃-1700℃、压力为50mbar-1000mbar的条件下，对aln/金刚石模板进行退火处理，退火时间为10分钟。

12、基于第一方面，在一些实施方式中，所述在退火后的aln缓冲层上生长gan外延层包括：将退火后的aln/金刚石模板放入mocvd设备的生长反应室中，在所述生长反应室的温度为500℃-1500℃、压力为50mbar-1000mbar的条件下，通入载气、镓源和氨气，在所述aln缓冲层上生长gan外延层。

13、基于第一方面，在一些实施方式中，所述通入载气、镓源和氨气，在所述aln缓冲层上生长gan外延层包括：通入载气的流量为72slm，通入氨气的流量为18slm，通入镓源的流量为0.2slm；通入载气、氨气和镓源的时间为30分钟。

14、基于第一方面，在一些实施方式中，所述gan外延层的厚度为100nm-3μm。

15、本发明与现有技术相比存在的有益效果是：本发明通过在金刚石衬底上溅射生长aln缓冲层，并形成aln/金刚石模板，将aln/金刚石模板进行退火处理，在退火后的aln缓冲层上生长gan外延层，其中，对aln/金刚石模板退火得到单晶aln材料，消除衬底晶向的影响，同时消除衬底带来的晶格失配和热失配，简化了金刚石上gan的外延生长过程，降低了金刚石衬底上外延gan的生长难度。

技术特征：

1.一种金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述金刚石衬底为单晶金刚石衬底或多晶金刚石衬底。

3.如权利要求2所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述金刚石衬底的厚度为50μm-1mm。

4.如权利要求1所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述aln缓冲层的材料为多晶aln材料。

5.如权利要求1所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述aln缓冲层的厚度为100nm。

6.如权利要求4所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述aln缓冲层经过退火处理，多晶aln材料退火重构变为单晶aln材料。

7.如权利要求1所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述将所述aln/金刚石模板进行退火处理包括：

8.如权利要求1所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述在退火后的aln缓冲层上生长gan外延层包括：

9.如权利要求8所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述通入载气、镓源和氨气，在所述aln缓冲层上生长gan外延层包括：

10.如权利要求1至9任一项所述的金刚石衬底gan外延方法，其特征在于，所述gan外延层的厚度为100nm-3μm。

技术总结
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种金刚石衬底GaN外延方法。本发明通过在金刚石衬底上溅射生长AlN缓冲层，并形成AlN/金刚石模板，将AlN/金刚石模板进行退火处理，在退火后的AlN缓冲层上生长GaN外延层，其中，对AlN/金刚石模板退火得到单晶AlN材料，消除衬底晶向的影响，同时消除衬底带来的晶格失配和热失配，简化了金刚石上GaN的外延生长过程，降低了金刚石衬底上外延GaN的生长难度。

技术研发人员：王波,房玉龙,尹甲运,张志荣,高楠,芦伟立,李佳,陈宏泰,牛晨亮
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13