GaN器件结构及制备方法与流程

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。

技术实现要素：

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。

可选地，当采用在所述刻蚀凹槽中生长所述金刚石柱时，所述未刻蚀的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。

可选地，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100-500nm，所述gan功能层高出所述金刚石柱50-100nm之间。

可选地，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。

可选地，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可是的步骤，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。

可选地，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。

本发明还提供一种gan器件结构，其中，所述gan器件优选采用本发明的gan器件的制备方法制备得到，当然，还可以采用其他方法制备，所述gan器件结构包括：

工作衬底；

石墨烯层，位于所述工作衬底上；

金刚石柱，生长在所述石墨烯层中的刻蚀凹槽中且所述金刚石柱的高度大于所述刻蚀凹槽的深度；或者，生长在形成于所述石墨烯层表面的生长基层上；

gan功能层，外延生长在所述石墨烯层上，且所述gan功能层的上表面高于所述金刚石柱的上表面；

势垒层，位于所述gan功能层上；以及

器件的源极、漏极和栅极，位于所述器件衬底上方。

可选地，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；和/或，所述刻蚀凹槽呈阵列排布，且所述栅极与所述漏极之间的刻蚀凹槽的数量大于所述栅极与所述源极之间的刻蚀凹槽的数量。

可选地，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100-500nm，所述gan功能层高出所述金刚石柱50-100nm之间。

可选地，所述生长基层包括若干个生长单元，每一所述生长单元与所述金刚石柱一一对应，所述gan功能层形成在所述石墨烯层表面并延伸覆盖所述金刚石柱。

如上所述，本发明的gan器件结构及其制备方法，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，还可以基于金刚石引导散热路径，同时，基于本发明的方案，可以有效降低器件厚度。

附图说明

图1显示为本发明gan器件结构的制备工艺流程图。

图2显示为本发明一示例gan器件结构制备中提供半导体基底的结构示意图。

图3显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成石墨烯层的结构示意图。

图4显示为本发明一示例gan器件结构制备中在石墨烯层中形成刻蚀凹槽的示意图。

图5显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成金刚石柱的结构示意图。

图6显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成的一种金刚石柱的俯视图。

图7显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成的另外一种金刚石柱的俯视图。

图8显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成gan功能层的结构示意图。

图9显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成势垒层的结构示意图。

图10显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成外延帽层的结构示意图。

图11显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成源极、漏极、栅极的示意图。

图12显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成钝化辅助层的结构示意图。

图13显示为本发明一示例gan器件结构制备中形成拾取结构的示意图。

图14显示为本发明一示例gan器件结构制备中将石墨烯层转移至工作衬底的示意图。

图15显示为本发明另一示例gan器件结构制备中形成生长基层的结构示意图。

图16显示为本发明另一示例gan器件结构制备中形成改性光刻胶层的示意图。

图17显示为本发明另一示例gan器件结构制备中形成金刚石柱的结构示意图。

图18显示为本发明另一示例gan器件结构制备中刻蚀去除光刻胶至石墨烯层的图示。

元件标号说明

100、300-半导体基底;101、301-半导体衬底;102、302-辅助外延层;103、303-石墨烯层;103a-刻蚀凹槽;104-金刚石柱;105-gan功能层;106-势垒层;107-原位钝化层;108-源极;109-漏极;110-栅极;111-钝化辅助层;112-拾取结构;200-工作衬底;304-生长基层;304a-生长单元;305-改性光刻胶层;305a-改性光刻胶单元;306-金刚石柱;s1~s8-步骤。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。另外，本发明中使用的“介于……之间”包括两个端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一：

如图1所示，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：

s1，提供半导体基底；

s2，在所述半导体基底上形成石墨烯层；

s3，刻蚀所述石墨烯层，以在所述石墨烯层中形成若干个刻蚀凹槽；

s4，在所述刻蚀凹槽中生长金刚石柱，所述金刚石柱的高度大于所述刻蚀凹槽的深度；

s5，在所述石墨烯层上外延生长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；

s6，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；

s7，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；

s8，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。

下面将结合附图详细说明本发明的gan器件结构的制备方法，其中，需要说明的是，上述顺序并不严格代表本发明所保护的gan器件结构的制备方法的制备顺序，本领域技术人员可以依据实际工艺步骤进行改变，图1仅示出了一种示例中的gan器件结构的制备步骤。

首先，如图1中的s1及图2所示，进行步骤s1，提供半导体基底100。其中，所述半导体基底100可以是用于gan器件使用过程中的衬底，也可以是仅仅用于gan器件制备的基底，后续将形成的功能材料层转移至实际应用的器件当中。其中，所述半导体基底100可以是单层材料层，也可以是由多层材料层构成的叠层结构。

在一示例中，所述半导体基底100包括半导体衬底101及形成在所述半导体衬底101上的辅助外延层102。以有利于后续石墨烯层的剥离，且在剥离后可以回收利用。在一可选示例中，所述半导体衬底101为sic衬底，所述辅助外延层102为gan层，有利于提高半导体基底100的剥离后回收利用价值，当然，在其他示例中，半导体衬底101也可以为si或sic。当然，所述半导体基底100也可以只有si衬底或sic衬底构成，依据实际选择。

接着，如图1中的s2及图3所示，进行步骤s2，在所述半导体基底100上形成石墨烯层103。其中，所述石墨烯层103可以采用外延生长的方式形成在所述半导体基底100上，例如，在一示例中，所述石墨烯层103外延生长在gan辅助外延层102表面。当然，也可以采用薄膜转移技术将石墨烯薄膜转移至半导体基底100上。

采用石墨烯，一方面有利于后续实现薄膜转移，即把完成的gan外延器件转移到其他衬底上，传统工艺需要衬底减薄，刻蚀，金属沉积，键合等工艺实现热沉散热工艺，只有石墨烯等二维材料可以通过剥离容易的实现薄膜转移，石墨烯作为二维材料表面无悬挂键，表面为范德华力，与衬底的键合力比传统三维材料间的共价键力要小的多，因此通过胶带即可实现上层材料结构从石墨烯处的剥离，而如果是传统三维材料，只能能过减薄刻蚀等复杂工艺。另一方面，石墨烯、金刚石都是高热传导材料，其本身就能对gan器件起到很好的散热作用。

接着，如图1中的s3及图4所示，进行步骤s3，刻蚀所述石墨烯层103，以在所述石墨烯层中形成若干个刻蚀凹槽103a。具体的，在石墨烯层103中制备刻蚀凹槽103a以有利于后续金刚石柱104的形成，从而有利于基于金刚石柱104实现器件散热。

其中，刻蚀凹槽103a的俯视图的形状可以参见图6和图7中已经形成金刚石柱104的形状。在一示例中，所述刻蚀凹槽103a呈阵列排布，且栅极与漏极之间的刻蚀凹槽103a的数量大于栅极与源极之间的刻蚀凹槽103a的数量。其中，在栅极和漏极之间的刻蚀凹槽103a的排列规律与在栅极和源极之间的刻蚀凹槽103a的排列规律可以相同也可以不同，优选二者不同，从而可以灵活的依据不同区域特征进行散热。当然，刻蚀凹槽103a形成在石墨烯层103中的排布也可以是非均匀地。另外，各个刻蚀凹槽103a的俯视图形状可以是圆形、方形等，还可以是不规则性，尺寸也可依据需求变化。本发明的方案有利于器件针对不同区域进行灵活散热，可以依据实际情况灵活调整刻蚀凹槽（金刚石柱）的位置和尺寸大小。

在一示例中，参见图7所示，位于边缘的所述刻蚀凹槽103a与外界连通。通过本示例的设计，可以实现后续金刚石柱104与外界连通，从而可以使得正面的热量可以从侧部散热，可以避免像现有技术那样从正面经过整个器件（如沟道、缓冲层、衬底等）中向下传递。另外，所述刻蚀凹槽103a的形状还可以设置其他需要形状，从而可以基于金刚石实现散热引流。

接着，如图1中的s4及图5-7所示，进行步骤s4，在所述刻蚀凹槽103a中生长金刚石柱104，所述金刚石柱104的高度大于所述刻蚀凹槽103a的深度。从而可以基于金刚石柱104实现器件的散热，解决现有技术中散热从上到下需要经过多层器件材料层，且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，导致散热效果不好的问题，进一步，石墨烯热导>2000w/mk，金刚石热导>2200w/mk，石墨烯与金刚石联合，形成在石墨烯刻蚀凹槽中，有利于增强散热。另外，本发明还选择金刚石用于gan器件的制备，具有金刚石的gan沟道可以减少或吸收器件工作过程中在传统缓冲层（buffer层）内产生的缺陷，以及其导致的电流崩塌效应，因此器件可靠性更高。

在一示例中，采用外延生长的方式形成所述金刚石柱104。在一具体示例中，所述石墨烯层103的刻蚀方式包括单原子层刻蚀工艺。

作为示例，所述石墨烯层103包括至少两层石墨烯单元层（图中未示出），且刻蚀后所述刻蚀凹槽103a底部剩余至多两层所述石墨烯单元层。有利于后续金刚石柱104的生长。在一可选示例中，所述石墨烯层103小于10nm，例如，可以是介于1.75-5.25nm之间，可以是所述石墨烯层103包括5-15层石墨烯单元层，如，可以选择为8层、10层、12层等，这里石墨烯单元层可以是现有的单层石墨烯的意思，其中，可选地，单层石墨烯厚度为0.345nm。

进一步，在一示例中，选择刻蚀剩余石墨烯层小于1nm，刻蚀后所述刻蚀凹槽103a底部剩余至多两层所述石墨烯单元层，例如，剩余一层或两层石墨烯单元层，从而使得刻蚀凹槽103a底部的剩余石墨烯层有利于金刚石生长。其中，使得该部分材料层在后续金刚石生长过程中可以受到表面散热的影响，也即受到石墨烯层低下的半导体基底（如辅助外延层gan层）的影响，从而有利于解决石墨烯表面无悬挂键，不利于成核的影响。

接着，如图1中的s5及图8所示，进行步骤s5，在所述石墨烯层103上外延生长gan功能层105，且所述gan功能层105的上表面高于所述金刚石柱104的上表面。

具体的，可以采用外延生长的方式形成所述gan功能层105。gan先在未沉积金刚石薄膜的石墨烯区域生长，随着生长时间变长，等gan厚度高于金刚石薄后，gan会横向生长，并缝合，形成完整的薄膜，得到所述gan功能层105。

作为示例，所述石墨烯层103的厚度小于10nm，例如可以是介于1.75-5.25nm之间，所述刻蚀凹槽103a底部的剩余石墨烯层的厚度小于1nm，所述金刚石柱104的厚度（高度）介于100-1μm，例如，可以是120nm、200nm、300nm、500nm，所述gan功能层105高出所述金刚石柱50-100nm之间，例如，可以是55nm、60nm、65nm、80nm。基于本发明的设计，优势之一在于可以生长较薄的gan薄膜以制备器件，从而有利于散热，传统方法中由于晶格、热、力等失配，algan/gan薄膜层一般为3-5um，而本申请中，gan功能层105通过石墨烯层，外延缝合的薄膜层可以很薄，利于散热。在另一示例中，对于金刚石柱104的设计还可以是金刚石柱104长宽高比可以介于1:1:1-1:1:10之间，例如，可以是1:1:5、1:1:8。

最后，如图1中的s6及图9-11所示，进行步骤s6，在所述gan功能层105表面制备势垒层106，以在所述gan功能层中形成二维电子气。并制备器件的源极108、漏极109和栅极110。作为示例，所述势垒层106的厚度介于15-30nm之间，例如，可以20nm、25nm。

具体的，在一示例中，还包括在所述势垒层106上制备原位钝化层107的步骤，可以原位沉积形成。所述原位钝化层107的材料包括但不限于sin。作为示例，所述原位钝化层107的厚度介于50-300nm之间，例如，可以是100nm、200nm、300nm。在一示例中，所述gan功能层105、所述势垒层106（包括但不限于algan）、所述原位钝化层107可以是在同一mocvd内一次性外延，例如，在同一mocvd内一次性外延gan/algan/sin。

在一示例中，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，例如，1000℃；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，例如，1070℃、1090℃。进一步，在gan成核及生长形成gan功能层的过程中反应腔压力保持在90-110mbar之间，例如可以为100mbar。另外，在一示例中，利用mocvd进行gan/algan（gan功能层/势垒层）外延层生长。采用tmal、tmga和nh3分别作为al、ga和n的气源。

另外，对于源极108、漏极109和栅极110的制备，可以是直接刻蚀掉所述原位钝化层107（sin）停留在势垒层106（algan）表面，也可以刻蚀完钝化层107后继续刻蚀势垒层106停止在到二维电子气表面。当然，还可以现有的其他方式。

如图12-14所示，作为示例，制备完所述源极、漏极和栅极后还包括步骤：

首先，如图1中的s7及图13所示，通过所述石墨烯层103将所述半导体基底100与所述石墨烯层103上的结构分离，以剥离所述半导体基底100；接着，如图1中的s8及图14所示，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200上。

作为示例，所述工作衬底200包括金属衬底、金刚石衬底及柔性衬底中的至少一种。所述工作衬底200可以是散热衬底，例如，所述散热衬底包括金属衬底及金刚石衬底中的至少一种。基于本发明的方案，无需经过刻蚀就可实现无损转移，衬底之上的结构可以转移到任何所需要的工作衬底上，可以是散热衬底，也可以是柔性衬底，按应用场景需要进行。

具体的，该步骤中，可以剥离半导体基底100，从而将石墨烯层103及其上方形成的结构转移是工作衬底200上，在半导体基底100上进行器件各材料层的制备工艺，之后将其转移到工作衬底200上，得到一种工作gan器件。工作衬底200可以是任意需要的衬底，可为任意高散热热沉（cu,au,金刚石等）。例如，器件制备过程中温度在1000-1100℃，金属热沉不能耐如此高的温度，同时gan不能在石墨烯/金属热沉这样的结构上外延，而且本申请的半导体基底（如gan、sic、蓝宝石衬底）还可以回收利用，降低了成本。

在一示例中，分离所述半导体基底100与所述石墨烯层103包括步骤：

首先，如图12所示，在所势垒层106上形成覆盖所述源极108、所述漏极109和所述栅极110的钝化辅助层111。所述钝化辅助层111的材料包括但不限于sin。一方面，可以钝化整个器件，另一方面，还可以有利于实现石墨烯层103和半导体基底100的分离。

接着，如图13所示，在所述钝化辅助层111上设置拾取结构112，基于所述拾取结构112向所述半导体基底100与所述石墨烯层103的界面施加剥离力，且所述剥离力大于所述石墨烯层103与所述半导体基底100（在一示例中为所述辅助外延层102）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100与所述石墨烯层103分离。

在一示例中，所述拾取结构112可以是铺在所述钝化辅助层111上的胶带。利用胶带使gan器件在石墨烯处与半导体基底（如sic/gan基础外延层）分离，在完成的器件表面sin上（钝化辅助层111上）铺胶带，由于胶带与sin的粘合力大于石墨烯与gan之间的范德华力，所以在石墨烯/gan处会分离。另外，还包括剥离后去掉所述拾取结构112，如器件表面胶带（化学试剂溶解并清洗），完成器件制备的步骤。通过此方法，不但衬底可回收，而且不需要后道工艺，也不需要键合热沉。而且利用高散热的石墨烯、金刚石，在gan层开始进行散热，避免了多层材料的热阻叠加，散热性能更好。

另外，本发明还提供一种gan器件结构，其中，所述gan器件优选采用本发明的gan器件的制备方法制备得到，当然，还可以采用其他方法制备。本gan器件结构中相关材料层的特征及描述可以参见在gan器件制备方法中的描述，在此不再赘述。

所述gan器件结构包括：

工作衬底200；

石墨烯层103，位于所述工作衬底200上，所述石墨烯层103中形成有刻蚀凹槽103a；

金刚石柱104，生长在所述刻蚀凹槽103a中，且所述金刚石柱104的高度大于所述刻蚀凹槽103a的深度；

gan功能层105，外延生长在所述石墨烯层103上，且所述gan功能层105的上表面高于所述金刚石柱104的上表面；

势垒层106，位于所述gan功能层105上；

器件的源极108、漏极109和栅极110，位于所述工作衬底上方。

作为示例，所述工作衬底200包括金属衬底及金刚石衬底中的至少一种。

作为示例，所述石墨烯层103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。

作为示例，所述刻蚀凹槽103a呈阵列排布，所述栅极与所述漏极之间的刻蚀凹槽的数量大于所述栅极与所述源极之间的刻蚀凹槽的数量。

作为示例，位于边缘的所述刻蚀凹槽103a与外界连通。

作为示例，所述石墨烯层103的厚度小于10nm，所述刻蚀凹槽103a底部的剩余石墨烯层103的厚度小于1nm，所述金刚石柱104的厚度介于100-500nm，所述gan功能层105高出所述金刚石柱10450-100nm之间。

实施例二：

如图15-18所示，本发明还提供另外一种gan器件结构的制备方法，本实施例二与实施例一的不同在于金刚石柱形成的位置不同，本实施例中，金刚石柱形成在石墨烯表面的生长基层上，其他可以参照实施例一的说明。下面将结合附图详细说明本实施例的具体方案：

首先，如图15所示，先参照实施例一所示形成半导体基底300、石墨烯层303。在一示例中，半导体基底300包括半导体衬底301和辅助外延层302。接着，在半导体基底300上形成石墨烯层303。进一步，该实施例中，在石墨烯层303上形成生长基层304。

具体的，生长基层304包括但不限于氮化硅层。在一示例中，在石墨烯上沉积5-20nm厚的sin，基于sin进一步有利于金刚石的生长，生长基层304厚度例如为10nm、15nm。

接着，如图16所示，在所述生长基层上旋涂改性光刻胶层305，然后通过光刻，定义金刚石生长位置，去除其余部分光刻胶，使得所述改性光刻胶层包括含有金刚石种子的改性光刻胶单元305a，以用于后续所述金刚石柱的生长。在一示例中，相当于在所述改性光刻胶单元305a周围形成若干生长凹槽，其贯穿所述改性光刻胶层，显露生长基层304的表面。

具体的，在一示例中，在sin上旋涂光刻胶，光刻胶内含有金刚石种子，有利于金刚石生长，金刚石生长通过先散播金刚石种子，再通过种子进行生长，种子载体为光刻胶，可通过光刻定义出准备位置、大小，得到最终的金刚石生长掩膜。

接着，如图17所述，在所述含有金刚石种子层长生长金刚石柱306，即，在所述改性光刻胶单元305a上生长金刚石柱306，其中，生长过程中，所述含有金刚石种子的改性光刻胶单元305a一同转变形成所述金刚石柱306。在一具体示例中，通过热丝cvd（hfcvd）在金刚石种子上沉积金刚石薄膜，得到所述金刚石柱306；可以以甲烷、氢和氧作为气源；另外，生长温度选择为700−750℃，例如，可以是720℃、730℃。

接着，如图18所示，刻蚀去除金刚石柱306周围的生长基层（如sin层）304，直至显露石墨烯层。刻蚀后生长基层包括若干个生长单元304a，每一所述生长单元304a与所述金刚石柱306一一对应，所述gan功能层形成在所述石墨烯层表面并延伸覆盖所述金刚石柱。

在一示例中，刻蚀所述生长基层304之后还包括对所述石墨烯层303进行刻蚀的步骤，如具体包括：先采用氧等离子进行化学吸附，再采用氩离子进行物理解析去除，以实现所述石墨烯层的最上层原子层刻蚀，以保证gan生长在高质量的石墨烯表面。在一具体示例中，先采用氧离子（o2+/o+）进行化学吸附，可以是低能氧离子（o2+/o+），再采用低能ar+离子（10ev-12ev）进行物理解吸去除，实现单层石墨烯刻蚀，同时去除石墨烯表面残留杂质。

后续工艺可以参照实施例一中的描述进行。其中，在一示例中，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，例如，1000℃；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，例如，1070℃、1090℃。进一步，在gan成核及生长形成gan功能层的过程中反应腔压力保持在90-110mbar之间，例如可以为100mbar。另外，在一示例中，利用mocvd进行gan/algan（gan功能层/势垒层）外延层生长。采用tmal、tmga和nh3分别作为al、ga和n的气源。

另外，本发明还提供一种gan器件结构，其中，所述gan器件优选采用本发明的gan器件的制备方法制备得到，当然，还可以采用其他方法制备。本gan器件结构中相关材料层的特征及描述可以参见在gan器件制备方法中的描述，在此不再赘述。

所述gan器件包括：

工作衬底；

石墨烯层303，位于所述工作衬底上；

金刚石柱306，生长在形成于所述石墨烯层303表面的生长基层307，可以理解的是，这里结构中的材料层即为刻蚀后生长基层；

gan功能层，外延生长在所述石墨烯层上，且所述gan功能层的上表面高于所述金刚石柱的上表面；

势垒层，位于所述gan功能层上；以及

器件的源极、漏极和栅极，位于所述器件衬底上方。

作为示例，所述生长基层包括若干个生长单元304a，每一所述生长单元304a与所述金刚石柱306一一对应，所述gan功能层形成在所述石墨烯层表面并延伸覆盖所述金刚石柱。

综上所述，本发明的gan器件结构及其制备方法，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，还可以基于金刚石引导散热路径，同时，基于本发明的方案，可以有效降低器件厚度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。