[发明专利]一种氮化镓基器件用散热衬底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓基器件用散热衬底及其制备方法，其中该散热衬底的核心是由氮化镓与石墨烯所组成的周期性范德瓦尔斯结构。本发明一方面将导热系数较高的石墨烯材料应用到该散热衬底中，解决了传统衬底散热效果差等问题；另一方面还采用干法转移技术和远程外延技术来制备该散热衬底。与利用传统外延技术生长的散热衬底相比，本发明的散热衬底不仅拥有传统散热衬底的一般性能，而且节约了生产成本、增强了散热效果，更适合应用在工业规模上。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种氮化镓基器件用散热衬底及其制备方法。

背景技术

对于大功率电子和光电子器件来说，器件内部热管理是设备性能和可靠性的关键问题。由于光电子器件内部平均温度的升高和耗散功率的不均匀分布，会导致器件在沟道附近形成热点，引起器件漏极电流、增益和输出功率的下降，以及栅极漏电流的增加，所以良好的热管理对器件性能来说是非常有必要的。

由此人们尝试了各种热管理的解决方法，封装级别的被动降温和外部主动降温通常效率低下、操作复杂、成本高昂并且可能需要额外的功率。因此设备级的被动降温对于全部通过焦耳加热产生热量的器件，例如发光二极管、功率设备和集成电路等至关重要，而降低设备级器件温度的常规方法主要使用导热系数更高的衬底来替代导热系数低的衬底。

因此，研究开发导热系数更高的衬底尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化镓基器件用散热衬底及其制备方法，以解决传统散热衬底导热系数低、成本高昂和操作复杂等问题，同时提高器件的工作效率与性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种氮化镓基器件用散热衬底，包括衬底本体，在衬底本体上有范德瓦尔斯结构层；

所述范德瓦尔斯结构层至少包括两个氮化镓层和一个石墨烯层，所述石墨烯层在两个氮化镓层之间；

所述衬底本体为蓝宝石衬底，所述石墨烯层由单层石墨烯制成。

上述氮化镓基器件用散热衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，利用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长一层氮化镓层，形成第一氮化镓层；

步骤2，将单层石墨烯转移至步骤1的氮化镓层，由此在氮化镓层上生成石墨烯层；

步骤3，在步骤2的石墨烯层上外延生长出第二氮化镓层；

步骤4，重复按照步骤2和步骤3的顺序，先将单层石墨烯转移至氮化镓层上，然后再在单层石墨烯上远程外延生长出新的氮化镓层，由此形成范德瓦尔斯结构层。

进一步地，步骤2中采用“辊对辊”的干法转移技术将单层石墨烯转移至氮化镓层上。

进一步地，步骤3中采用远程外延技术在石墨烯层上外延生长氮化镓层。

本发明具有以下的有益效果：

(1)本发明在氮化镓基器件用周期性范德瓦尔斯结构散热衬底中插入了二维材料石墨烯，石墨烯的存在使制得的散热衬底具有高导热性、高强度等特点。

(2)本发明的散热衬底由于采用远程外延技术可以在超薄石墨烯层上生长出界面完美的氮化镓范德瓦尔斯薄膜。

(3)本发明的散热衬底采用单层石墨烯，因为通过厚的石墨烯层外延生长氮化镓范德瓦尔斯薄膜不仅会消耗很多的生长原料而且温度骤降时还有可能会导致衬底弯曲、破裂或分层，这并不利于在工业上大规模生产，所以采用单层石墨烯不仅会提高衬底的良品率而且所耗成本比较低。

附图说明

图1为本发明氮化镓基器件用散热衬底的结构示意图。

图2为本发明使用新兴外延技术远程外延技术在Graphene层(2)上生长一层GaN层(3)的示意图。