一种GaN功率电子器件用单晶金刚石AlN模板及其制备方法与流程

本发明涉及一种gan功率电子器件用单晶金刚石aln模板及其制备方法，属于gan功率电子器件的制备。

背景技术：

1、氮化镓是一种无机物，化学式gan，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙(directbandgap)的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器(diode-pumpedsolid-state laser)的条件下，产生紫光(405nm)激光。氮化镓(gan)功率电子设备近年来因其高功率和高速的能力而引起了广泛的关注，但在运行过程中产生的大量热量对器件的性能产生了负面影响。

2、金刚石具有其特殊的导热性，被视为一种从氮化镓功率电子设备中释放热量的解决方案。然而，尽管现有技术已经发展了将氮化镓器件层与金刚石层结合的粘合方法，但现有的粘合技术通常提供比整体生长更大的热边界电阻，需额外的键合或转移步骤，增加了成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种gan功率电子器件用单晶金刚石aln模板及其制备方法，可以有效解决上述问题

2、本发明是这样实现的：

3、一种单晶金刚石aln模板的制备方法，包括以下步骤：

4、s1，在a平面蓝宝石上生长铱的单晶外延；

5、s2，在铱的单晶外延上生长第一立方晶状氮化硼的单晶外延；

6、s3，在立方晶状氮化硼的单晶外延上生长金刚石膜；

7、s4，在金刚石膜上生长第二立方晶状氮化硼的单晶外延；

8、s5，在第二立方晶状氮化硼的单晶外延上生长六方氮化硼单晶外延；

9、s6，在六方氮化硼单晶外延上生长六方晶状氮化铝层。

10、作为进一步改进的，所述步骤s1中的生长采用电子束蒸发方法或溅射法；所述电子束蒸发方法的沉积条件为：基板温度为800-1000℃，真空度<10-9torr；所述溅射法为采用dc偏置溅射枪对铱进行溅射，沉积条件为：真空度<5mtorr，基板温度为800-1000℃，施加负的基板偏置电压50-300v。

11、作为进一步改进的，所述步骤s2中的生长采用溅射法，沉积条件为：基板温度固定在600-800℃，施加负的基板偏置电压50-300v。

12、作为进一步改进的，所述步骤s3中的生长采用微波等离子体增强化学气相沉积法，具体为：在混合氢甲烷气氛中，在预先加热到700℃的基板上进行沉积，再在沉积温度800-1100℃下的进行沉积，不施加基板偏压。

13、作为进一步改进的，所述步骤s4中的生长采用溅射法，施加负的基板偏置电压50-300v，基板温度固定在600-800℃。

14、作为进一步改进的，所述步骤s5中的生长采用溅射法，基板温度固定在1000℃，不施加基板偏压。

15、作为进一步改进的，所述步骤s6中的生长采用微波等离子体增强化学气相沉积法。

16、一种上述的方法制备的单晶金刚石aln模板。

17、一种上述的单晶金刚石aln模板在gan功率电子器件中的应用。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明的单晶金刚石aln模板的制备中，在aln和金刚石之间引入h-bn和c-bn层，这有助于晶体结构的平滑过渡，从而形成有序且连续的aln外延层。整个堆叠是在不破坏pvd真空的情况下显示了不同层之间的优异粘附性和兼容性，它允许在金刚石aln模板的顶部直接生长高质量的gan外延层，而不需要任何额外的键合或转移步骤，降低了成本。

20、本发明中的单晶金刚石aln模板的制备中采用了金刚石层，金刚石层具有最高的导热系数，有效地释放了氮化镓电力电子设备产生的热量，提高了器件的性能。

21、本发明的单晶金刚石aln模板的制备中，在金刚石的上下两面均引入立方氮化硼(c-bn)作为缓冲层，c-bn层的晶格常数与金刚石更为接近，降低了基底与金刚石层之间、gan与金刚石之间的晶格不匹配，可以用于生产质量和性能比传统方法更好的大面积单晶金刚石，并在大面积单晶金刚石上发展高质量的氮化镓外延，提高了氮化镓功率电子器件的的功率。

技术特征：

1.一种单晶金刚石aln模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中的生长采用电子束蒸发方法或溅射法；所述电子束蒸发方法的沉积条件为：基板温度为800-1000℃，真空度<10-9torr；所述溅射法为采用dc偏置溅射枪对铱进行溅射，沉积条件为：真空度<5mtorr，基板温度为800-1000℃，施加负的基板偏置电压50-300v。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中的生长采用溅射法，沉积条件为：基板温度固定在600-800℃，施加负的基板偏置电压50-300v。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中的生长采用微波等离子体增强化学气相沉积法，具体为：在混合氢甲烷气氛中，在预先加热到700℃的基板上进行沉积，再在沉积温度800-1100℃下的进行沉积，不施加基板偏压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中的生长采用溅射法，施加负的基板偏置电压50-300v，基板温度固定在600-800℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中的生长采用溅射法，基板温度固定在1000℃，不施加基板偏压。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s6中的生长采用微波等离子体增强化学气相沉积法。

8.一种权利要求1至7任一项所述的方法制备的单晶金刚石aln模板。

9.一种权利要求8所述的单晶金刚石aln模板在gan功率电子器件中的应用。

技术总结
本发明提供一种GaN功率电子器件用单晶金刚石AlN模板及其制备方法，包括以下步骤：S1，在A平面蓝宝石上生长铱的单晶外延；S2，在铱的单晶外延上生长第一立方晶状氮化硼的单晶外延；S3，在立方晶状氮化硼的单晶外延上生长金刚石膜；S4，在金刚石膜上生长第二立方晶状氮化硼的单晶外延；S5，在第二立方晶状氮化硼的单晶外延上生长六方氮化硼单晶外延；S6，在六方氮化硼单晶外延上生长六方晶状氮化铝层。该单晶金刚石AlN模板允许在金刚石AlN模板的顶部直接生长高质量的GaN外延层，而不需要任何额外的键合或转移步骤，降低了成本。

技术研发人员：白鎔旼,张坤锋,陈琪,王青山,祖红亮
受保护的技术使用者：化合积电（厦门）半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13