[发明专利]一种基于二硫化钼-石墨烯复合缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于二硫化钼‑石墨烯复合缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法，属于光电子技术领域。该方法包括将硅衬底进行清洗；在硅衬底上生长二硫化钼‑石墨烯复合层；利用原子层沉积法在二硫化钼‑石墨烯复合层上生长一层氮化铝层；在氮化铝层上采用金属有机物化学气相沉积法生长氮化镓层等步骤。本发明通过采用二硫化钼‑石墨烯复合层作为硅衬底与GaN外延层之间的缓冲层，可以解决衬底和外延层之间大的晶格失配和热失配引起的缺陷位错，龟裂等问题，有效降低衬底与外延材料之间的应力、提高GaN外延层质量。

技术领域

本发明涉及一种氮化镓外延结构的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种基于二硫化钼-石墨烯复合缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

氮化镓材料作为一种新型的半导体材料受到了越来越多的关注。作为第三代半导体的代表性材料，氮化镓具有优异的电学和光学性质，其具有较宽带隙、直接带隙的优点，耐高温高压，电子迁移率高等优势在电子器件和光电子器件等领域中具有广泛的应用，因此制备高质量的氮化镓是制备上述器件的关键。

石墨烯是新型二维纳米材料它们的原子之间通过sp2电子轨道链接在一起，并且由于石墨烯具有六角密排的原子格位，与氮化物晶体中各层原子的排布情形相同，因此以石墨烯作为缓冲层能够提高氮化物外延层的晶体质量。

二硫化钼具有类石墨烯的结构，MoS2的Mo原子夹在2个S原子之间，形成“三明治”结构，单层二硫化钼具有良好的光电特性，二硫化钼从块状到纳米层状，从间接带隙抓变为直接带隙，弥补了石墨烯的零带隙特性，并能辅助石墨烯在光电子领域得到更广泛的应用。

国家知识产权局于2016.7.27公开了一件公开号为CN105810562A，名称为“基于二硫化钼和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法”的发明，该发明公开了一种基于二硫化钼和磁控溅射氮化铝的氮化镓生长方法。该方法的具体步骤如下：(1)生长二硫化钼过渡层；(2)磁控溅射氮化铝过渡层；(3)将得到的氮化铝基板进行一定时间的热处理；(4)将进行热处理之后的样品放入金属有机物化学气相淀积MOCVD中依次外延低V/III比氮化镓外延层和高V/III比氮化镓外延层。该方法利用二硫化钼作为过渡层，改善了氮化镓外延层的质量。

但是，该方法仍然存在的不足之处是：磁控溅射氮化铝，溅射速度快，但是薄膜的质量差、杂质多，并且在溅射生长成膜之后还需要进一步的热处理，因此该方法无法生长较好的氮化铝层，从而使获得的氮化物材料质量较差。但是石墨烯厚度很薄，也难以有效缓解衬底与氮化镓的晶格失配。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于二硫化钼-石墨烯复合缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法，该方法可以有效降低衬底与外延材料之间的应力，明显提高外延层质量。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种基于二硫化钼-石墨烯复合缓冲层的氮化镓外延结构的制备方法，其特征在于：包括以下方法步骤：

A、将硅衬底进行清洗；

B、在硅衬底上生长二硫化钼-石墨烯复合层；

C、利用原子层沉积法在二硫化钼-石墨烯复合层上生长一层氮化铝层；

D、在氮化铝层上采用金属有机物化学气相沉积法生长氮化镓层。

本发明优选的，在步骤A中，具体为：

将硅衬底依次用乙醇和去离子水清洗三次，稀氢氟酸清洗5-10min，去离子水冲洗，氮气吹干得到硅衬底。

本发明优选的，在步骤B中，具体为：