[发明专利]一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法。

背景技术

GaN基材料属于直接宽带隙半导体材料，键合能很大，具有良好的化学稳定性和热稳定性。技术上可以实现与AlN、InN等形成组分连续可变的三元或多元固溶体合金：Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-x N、四元固溶体合金Al_xIn_yGa_1-x-y N。其禁带宽度从0.7eV到6.2eV连续可调，对应的波长从近红外覆盖到紫外波段，因此GaN基材料是制备发光二极管、光电探测器、太阳能电池等光电子器件的理想材料。此外，GaN基材料的高电子迁移率，高电子饱和速率以及高击穿电场特性使得其在研制高频大功率器件、耐高温，抗辐照半导体微电子器件上也具有先天优势。

然而，如何进一步提高及拓展GaN基光电子器件及微电子器件的性能依然是人们追求的目标。如何解决GaN基光电子及微电子器件的工作速度有待提高、散热性不良、集成与互联难度大等问题依然是制约GaN基光电子器件及微电子器件发展及进一步应用的重要问题。石墨烯的发现，为解决这些问题，优化及拓展GaN基光电子及微电子器件的发展和应用提供了新的途径。其主要体现在以下几个方面：

1)石墨烯的高透光性能有望成为GaN基光电子器件的透明电极：石墨烯在可见光范围内的透光性为97.7％，且透光分布均匀，与传统的ITO电极相比具有很大优势，如果可以用石墨烯作为GaN材料激光器、LED、探测器等光电器件的透明电极，可以有望大大提高GaN材料器件的透光性。

2)石墨烯的导热系数为5300Wm^-1k^-1是铜的十倍，因此，石墨烯的优良导热性有望解决GaN基微电子器件的散热问题。

3)石墨烯的电子迁移率非常高——200000cm²/Vs，是硅电子迁移率的100倍以上，同时石墨烯的电导率也可高达10⁶S/m，这些性能远远超过人类之前用来制造电子器件的绝大部分导电材料，因此，石墨烯优良的导电性有望提高GaN材料器件的工作速度，解决GaN材料器件存在工作速度不足的问题。

4)石墨烯超强的机械强度有望改善GaN材料器件的集成互联问题：石墨烯的抗拉强度可以达到42N/m²，是钢铁拉伸强度的100倍，可以用此性能有效改善GaN材料制备的光电子器件和微电子器件存在的集成互联问题。

到目前为止，关于将石墨烯应用于GaN基器件中，石墨烯的转移问题在很大程度上限制了石墨烯应用于GaN基光电子和微电子器件。目前的石墨烯转移方法如下：

1)利用化学气相沉积(CVD)的方法在Cu基板衬底上生长石墨烯；

2)利用腐蚀液腐蚀掉Cu基板衬底；

3)将与Cu衬底分离的石墨烯转移到GaN基材料表面。

不难发现，利用上述方法转移石墨烯过程复杂，难度大，不但石墨烯在转移过程中很容易受到损伤，而且，很难控制转移的石墨烯的尺寸和转移后的位置。因此，石墨烯的转移问题一直是人们关注的问题，如何简化石墨烯的转移过程是将石墨烯应用于GaN基器件的重要环节。此问题的解决，将在很大程度上推动将石墨烯应用于GaN基光电子和微电子器件。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法，该方法通过液态石墨烯滴定或者旋涂的方式实现将石墨烯应用于GaN基光电子和微电子器件，本方法操作简单，重复性强，避免了传统石墨烯转移的损伤问题；并且可以通过光刻的方式，实现转移后的石墨烯尺寸可控，实现石墨烯与GaN基材料相结合，优化及拓展GaN基光电子和微电子器件的性能。本发明提供的利用液态石墨烯转移石墨烯的方法，为石墨烯应用于GaN基材料及器件，实现石墨烯与GaN基材料相结合提供了新思路。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种液态石墨烯应用于GaN基材料及器件的方法，包括以下步骤：

步骤1、生长GaN基材料；

步骤2、配置石墨烯溶液；

步骤3、在GaN基材料表面界定石墨烯窗口；

步骤4、通过旋涂或者滴定的方式，将步骤2配置的石墨烯溶液滴加到GaN基材料表面界定石墨烯窗口中；

步骤5、挥发溶剂，实现基于石墨烯的GaN基器件。