一种以GaN为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法。

背景技术：

1、gan作为第三代半导体材料，具有较高的电子饱和速率、击穿场强和宽禁带等优异性能，是研制高频、高功率半导体器件的基本材料。近年来，随着gan基功率器件尺寸小型化和功率增大化，使得gan基功率器件运行时，在芯片有源区的热点增加，热累积效应迅速增加，导致其各项性能指标迅速恶化。因此散热问题成为制约 gan 基功率器件进一步发展和广 泛应用的主要技术瓶颈之一。为了解决现有的gan基半导体器件的散热问题，本发明提供了一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其目的在于：为了解决现有的gan基半导体器件的散热问题，利用微纳加工增加gan与金刚石的界面接触面积，使得界面散热面积增大，并且微纳加工也增加了界面机械咬合力，使得gan与金刚石的界面结合强度增加。同时引入金刚石颗粒，极大的促进多晶金刚石的形核与生长。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，包括以下四个步骤：s1，在gan基体的衬底上进行微纳加工，gan基体上呈现微纳加工图案；s2，在步骤s1中的所述微纳加工图案表面镀上介质层；s3，将金刚石颗粒均匀的撒在步骤s2中的所述gan基体上进行播种；s4，原位生长高质量多晶金刚石。

4、作为优选的技术方案，步骤s1中的所述微纳加工图案的形状包括但不限于方形、圆形、长方形、六边形或其它不规则形状。

5、作为优选的技术方案，步骤s1中的所述微纳加工的方式包括但不限于机械加工，激光加工等。

6、作为优选的技术方案，步骤s2中的所述介质层的镀膜方法包括但不限于磁控溅射镀膜、真空蒸镀镀膜等。

7、作为优选的技术方案，步骤s2中的所述介质层的种类包括但不限于aln、sin、bn等界面缓冲层和h、li、b等钝化剂。

8、作为优选的技术方案，步骤s2中的所述介质层的厚度为10-1000 nm。

9、作为优选的技术方案，步骤s3中的所述金刚石颗粒的颗粒粒径为10-500 nm。

10、作为优选的技术方案，步骤s4中的所述多晶金刚石的生长方法为化学气相沉积法，包括但不限于mpcvd、pecvd、hfcvd等。

11、作为优选的技术方案，步骤s4中的所述多晶金刚石的生长厚度为0.01-2mm。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、利用微纳加工增加gan基体与金刚石的界面接触面积，使得界面散热面积增大，并且微纳加工也增加了界面机械咬合力，使得gan基体与金刚石的界面结合强度增加。同时引入金刚石颗粒，极大的促进多晶金刚石的形核与生长。与传统的gan基体异质外延多晶金刚石方法相比，该方法不仅提高了散热能力和界面结合强度，还提高了多晶金刚石的制备效率和质量。

技术特征：

1.一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，在gan基体（1）的衬底上进行微纳加工，gan基体（1）上呈现微纳加工图案（2）；s2，在步骤s1中的所述微纳加工图案（2）表面镀上介质层（3）；s3，将金刚石颗粒（4）均匀的撒在步骤s2中的所述gan基体（1）上进行播种；s4，原位生长高质量多晶金刚石（5）。

2.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s1中的所述微纳加工图案（2）的形状包括但不限于方形、圆形、长方形、六边形或其它不规则形状。

3.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s1中的所述微纳加工的方式包括但不限于机械加工，激光加工等。

4.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s2中的所述介质层（3）的镀膜方法包括但不限于磁控溅射镀膜、真空蒸镀镀膜等。

5.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s2中的所述介质层（3）的种类包括但不限于aln、sin、bn等界面缓冲层和h、li、b等钝化剂。

6. 根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s2中的所述介质层（3）的厚度为10-1000 nm。

7. 根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s3中的所述金刚石颗粒（4）的颗粒粒径为10-500 nm。

8.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s4中的所述多晶金刚石（5）的生长方法为化学气相沉积法（cvd法），包括但不限于mpcvd、pecvd、hfcvd等。

9.根据权利要求1所述的一种以gan为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，其特征在于：步骤s4中的所述多晶金刚石（5）的生长厚度为0.01-2mm。

技术总结
本发明公开了一种以GaN为衬底外延高质量多晶金刚石及其制备方法，涉及半导体器件技术领域，该方法包括以下四个步骤：S1，在GaN基体的衬底上进行微纳加工，GaN基体上呈现微纳加工图案；S2，在步骤S1中的所述微纳加工图案表面镀上介质层；S3，将金刚石颗粒均匀的撒在步骤S2中的所述GaN基体上进行播种；S4，原位生长高质量多晶金刚石。本发明利用微纳加工增加GaN与金刚石的界面接触面积，使得界面散热面积增大，并且微纳加工也增加了界面机械咬合力，使得GaN与金刚石的界面结合强度增加。同时引入金刚石颗粒，极大的促进多晶金刚石的形核与生长，提高了散热能力和界面结合强度，还提高了多晶金刚石的制备效率和质量。

技术研发人员：李高金,李明君,李志博,吕申申
受保护的技术使用者：安徽碳索芯材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9