[发明专利]基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，在α面的蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝薄膜，在磁控溅射氮化铝薄膜上转移石墨烯，采用金属有机物化学气相淀积法，在石墨烯上依次外延脉冲氮化铝、低温氮化镓和高温氮化镓，该方法的具体步骤包括如下：

(1)磁控溅射氮化铝：

(1a)将α面的蓝宝石衬底置于磁控溅射系统中，反应室压力为1Pa，通入氮气和氩气5min，得到处理后的α面的蓝宝石衬底；

(1b)采用磁控溅射的方法，以99.999％纯度的铝为靶材，在处理后的α面的蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝,磁控溅射氮化铝的厚度为10-100nm，得到磁控溅射氮化铝基板；

(2)转移石墨烯：

(2a)采用化学气相淀积法，在金属衬底上生长厚度为0.34-3.4nm石墨烯；

(2b)将生长石墨烯的金属衬底置于1mol/L氯化铁和2mol/L盐酸的混合溶液中12小时去除金属衬底，得到去除金属衬底的石墨烯；

(2c)将去除金属衬底的石墨烯转移到磁控溅射氮化铝基板上，得到覆盖石墨烯的基板；

(3)对基板进行热处理：

(3a)将覆盖石墨烯的基板置于金属有机物化学气相淀积反应室中，向反应室内通入氢气和氨气4min，对覆盖石墨烯的基板进行处理，得到气体处理后的覆盖石墨烯的基板；

(3b)将反应室温度升到620℃后，再对气体处理后的覆盖石墨烯的基板进行热处理，得到热处理后的基板；

(4)生长脉冲氮化铝：

将反应室压力调至40Torr，温度升到1060℃，通入氢气、氨气和铝源，其中氢气流量为800-1000sccm，氨气流量为2000-3000sccm，铝源流量为6-20μmol/L，采用脉冲金属有机物化学气相淀积法，在热处理后的基板上生长脉冲氮化铝，得到脉冲氮化铝基板；

(5)生长低温氮化镓：

保持反应室压力不变，将温度降到900℃，通入氢气、氨气和镓源，其中氢气流量为800-1000sccm，氨气流量为2000-3000sccm，镓源流量为60-120μmol/L，采用金属有机物化学气相淀积法，在脉冲氮化铝基板上生长低温氮化镓，低温氮化镓厚度为20-500nm，得到低温氮化镓基板；

(6)生长高温氮化镓：

(6a)保持反应室压力不变，将温度升到950℃，通入氢气、氨气和镓源，其中氢气流量为800-1000sccm，氨气流量为2000-3000sccm，镓源流量为60-120μmol/L，采用金属有机物化学气相淀积法，在低温氮化镓基板上生长高温氮化镓；

(6b)将反应室温度降至室温后取出样品，得到基于石墨烯插入层结构的氮化镓。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(1a)中所述的氮气流量为20-100sccm，氩气流量为40-200sccm。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(3a)中所述的氢气流量为800sccm，氨气流量为3000sccm。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(3b)所述的热处理的时间为15-30min。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(4)中所述脉冲金属有机物化学气相淀积法是指在一个脉冲周期T₁+T₂内，在T₁时间内通入氨气，在T₂时间内不通入氨气；所述的T₁时间设置为12s，T₂时间设置为6s，脉冲周期重复的次数为80-200次。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(4)中所述脉冲氮化铝的厚度为10-40nm。

7.根据权利要求1所述的基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，其特征在于，步骤(6a)中所述的高温氮化镓厚度为600-2000nm。