[发明专利]基于石墨烯插入层结构的氮化镓基光电探测器的制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯插入层的氮化镓基光电探测器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上磁控溅射厚度为20nm-100nm的氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝的蓝宝石基板；

(2)将石墨烯转移到磁控溅射氮化铝薄膜上：

(2a)采用化学气相淀积法，在铜衬底上生长单层石墨烯；

(2b)将生长单层石墨烯的铜衬底置于64g/L的(NH₄)₂S₂O₈溶液中12-24小时，以去除铜衬底；

(2c)将去除铜衬底的单层石墨烯转移到溅射氮化铝的蓝宝石基板上，得到覆盖石墨烯的蓝宝石基板；

(3)将覆盖石墨烯的蓝宝石基板置于MOCVD反应室中，向反应室通入氢气与氨气的混合气体5-10分钟，并将反应室加热到600℃-650℃，热处理10-20分钟，得到热处理后的蓝宝石基板；

(4)将MOCVD反应室的压力调为40Torr，将反应室温度升高到1050℃-1100℃，依次通入氢气、氨气和铝源，采用脉冲金属有机物化学气相淀积法在热处理后的蓝宝石基板上生长脉冲氮化铝过渡层，得到氮化铝基板；

(5)保持反应室压力为40Torr不变，将反应室温度降到900℃-1000℃，再依次通入氢气、氨气和镓源，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p型氮化镓外延层，得到氮化镓基板；

(6)清洗氮化镓基板，在清洗后的基板上光刻出窗口图形，得到光刻出窗口图形的氮化镓基板；

(7)根据窗口图形在氮化镓基版的石墨烯层及高温氮化镓层上采用电子束蒸发的方式制作厚度为60/120nm的Ti/Au金属电极，分别为阴极与阳极，完成氮化镓基光电探测器的制作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中在α面蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝，按如下步骤进行：

(1a)将α面蓝宝石衬底置于磁控溅射系统中，控制压力为1Pa，向反应室通入氮气和氩气5分钟；

(1b)以99.999％纯度的铝为靶材，采用射频磁控溅射，在α面蓝宝石衬底上溅射厚度为20nm-100nm氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝的蓝宝石基板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2a)中的单层石墨烯，其厚度为0.34nm。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(3)中通入的氢气与氨气，其流量分别为600sccm-1000sccm和2000sccm-5000sccm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中的脉冲氮化铝过渡层，其厚度为10nm-50nm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中的p型氮化镓层，其厚度为30nm-300nm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中的在氮化镓基板上光刻出窗口图形，按如下步骤进行：

(6a)将清洗后的氮化镓基板置于匀胶机中，利用旋涂法将负光刻胶均匀涂于氮化镓基板表面，在80℃的恒温烘箱中前烘8-10分钟；

(6b)将光刻掩膜版平行置于氮化镓基板表面，在曝光机下曝光10-15秒，接着将其置于丁酮溶液中进行显影，以除去未感光部分的光刻胶，将显影后的氮化镓基板置于175℃的恒温烘箱中热烘25-40分钟，以坚固胶膜；

(6c)将热烘后的氮化镓基板置于腐蚀液中，腐蚀掉没有被光刻胶覆盖的p型氮化镓层与脉冲氮化铝过渡层，露出它们下面的石墨烯层；

(6d)去除光刻胶，得到光刻出窗口图形的氮化镓基板。