[发明专利]一种基于转移技术的高导热N面GaN外延结构及制作方法

说明书

本发明涉及一种基于转移技术的高导热N面GaN外延结构的制作方法，包括步骤：S1.选取衬底；S2.在所述衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层，AlN插入层以及AlGaN势垒层；S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层和所述GaN缓冲层的第一部分，其中所述GaN缓冲层包括第一部分和第二部分，所述第二部分为GaN层；S5.处理所述GaN层的表面，得到N面GaN外延结构。该外延结构采用转移取代直接生长，克服了较为困难的生长工艺；该器件采用金刚石作为器件衬底，具有良好的导热能力。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于转移技术的高导热N面GaN外延结构及制作方法。

背景技术

GaN作为一种宽禁带半导体，具有优异的材料品质因数，绝大多数高效功率器件和电力电子器在制作时选择采用GaN材料，N面GaN HEMT器件可以获得更低的欧姆接触电阻，此外，随着器件等比例缩小，GaN沟道层需要减薄，但N面GaN材料在GaN沟道层减薄的情况下不会影响沟道2DEG密度，而AlGaN势垒层在GaN材料层之下，对于2DEG相当于形成了天然的背势垒。这些优势都使得N面GaN HEMT器件在高频应用方面具有更具有潜力。

目前利用MOCVD工艺直接制作N面GaN外延结构过程中存在两个关键步骤，分别是生长初期的氮化以及制作后期的退火，这两种步骤均难以有效控制，导致N面GaN材料的生长难度较大，而且制成的N面GaN材料质量达不到器件应用级别。此外，目前的N面GaN外延结构普遍采用的衬底为GaN、SiC或者Si，随着器件的功率密度不断提升，基于这些衬底的GaNHEMT器件散热成为制约器件性能的重要问题。

现有技术中存在的问题，首先直接制作N面GaN外延结构的工艺技术不成熟，制作出来的结构质量较差，无法达到器件应用级别，其次目前N面GaN外延结构的散热性能差，极大的影响了使用N面GaN外延结构器件的性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于转移技术的高导热N面GaN外延结构及制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于转移技术的高导热N面GaN外延结构及制作方法，包括步骤：

S1.选取衬底；

S2.在所述衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层以及AlGaN势垒层；

S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；

S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层刻蚀，以使所述GaN缓冲层保留30～50nm；

S5.抛光所述GaN层的表面，得到N面GaN外延结构。

在一个具体实施方式中，步骤S3包括：

S31.在所述AlGaN势垒层上淀积Si₃N₄介质层；

S32.在所述Si₃N₄介质层上生长金刚石，形成所述金刚石层。

在一个具体实施方式中，所述衬底依次包括第一Si层、SiO₂牺牲层和第二Si层，其中，所述第二Si层之上为所述AlN成核层。

在一个具体实施方式中，去除所述衬底包括：

S41.对所述第一Si层进行光刻，得到刻蚀通道光刻区域；

S42.刻蚀所述刻蚀通道光刻区域对应的所述第一Si层，直到SiO₂牺牲层表面，得到刻蚀通道；