[發明專利]一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管的方法

在審

• 申請號: 201811089355.7
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109256336A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 李成明;賈鑫;魏俊俊;劉金龍;陳良賢
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L23/373
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征是在于首先在GaN正面沉積一定厚度的介電層后沉積金剛石膜，然后去除原始襯底和GaN形核層，之后在剩余GaN表面沉積高質量GaN器件層，獲得金剛石基GaN晶片，最終在金剛石基氮化鎵晶片上制備晶體管器件，從而獲得基于金剛石襯底的氮化鎵晶體管器件。

2.如權利要求1所述一種新型的制備基于金剛石襯底的氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于具體實施步驟為：

(1)用稀釋的鹽酸清洗一個非自支撐的氮化鎵晶片，并且利用丙酮和無水乙醇依次超聲清洗，然后用去離子水沖洗，干燥；

(2)在氮化鎵晶片表面利用磁控濺射技術沉積介電層SiNx；

(3)將沉積介電層后的晶片在1％～30％的金剛石乙醇懸浮液中超聲引晶處理；

(4)將引晶處理后的GaN/SiN介電層面向上放入微波等離子體腔室內，先利用CVD法在氮化鎵正面沉積50～500μm厚的金剛石膜；

(5)將沉積金剛石膜的GaN晶片取出，采用激光剝離技術將氮化鎵晶片的藍寶石原始襯底去除；

(6)將暴露的GaN晶片選擇性刻蝕掉一定厚度的GaN形核層；

(7)在去除原始襯底和氮化鎵形核層后的GaN/金剛石晶片表面沉積高質量GaN器件層；

(8)在金剛石基氮化鎵晶片上制備晶體管器件，從而獲得基于金剛石襯底的氮化鎵晶體管器件。

3.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(2)在沉積介電層SiNx過程中，沉積參數為：硅為靶材，沉積功率80w～150w，本底真空小于4.0×10^-4Pa，氮氣流量10～30sccm，氬氣流量10～30sccm，反應腔壓0.1Pa～0.8Pa，介電層厚度為10nm～1000nm。

4.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(3)所述超聲功率為30W～100W，超聲時間為1-5分鐘。

5.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(4)先在GaN正面利用CVD沉積厚度為50μm～500μm的金剛石薄膜時，沉積參數：沉積溫度為：600～900℃，CH₄/H₂為0.1％～10％，氬氣流量3.0slm～5.0slm，腔壓為2.5～4.0Pa，功率8～10kw。

6.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(5)采用波長為248nm的KrF脈沖激光從藍寶石背面入射，利用激光能量對GaN和藍寶石界面處進行加熱，加熱溫度不低于30℃，加熱使Ga熔化，消除殘留的Ga。

7.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(6)利用反應等離子體刻蝕選擇性刻蝕掉一定厚度的GaN形核層，將GaN層去除至剩余100nm～1000nm。

8.如權利要求2所述一種制備金剛石基襯底氮化鎵晶體管器件的方法，其特征在于步驟(7)在暴露的GaN表面利用MOCVD法沉積高質量氮化鎵器件層，其中沉積參數為：以三甲基鎵為鎵源，NH₃為氮源，并以H₂或N₂或者兩種氣體的混合氣體為載氣，沉積溫度為800～1200℃，在暴露的GaN表面同質外延沉積高質量的GaN器件層。