[发明专利]石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜，通过在现有的III族氮化物半导体复合薄膜中插层石墨烯层，以在衬底表面制得结构为(III族氮化物层A/石墨烯/III族氮化物层B/石墨烯)_n+1/GaN的石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜。石墨烯插层的引入，可以改善改善各III族氮化物层的平整度以及III族氮化物层和石墨烯层之间的界面陡峭度。同时，石墨烯层与III族氮化物层之间均是异质结构，可以增强整个超晶格薄膜的光电转换效率，不需要通过额外的调控III族氮化物层中的元素百分比含量来获得具有不同势垒的结构层来增强光电转换效率。

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体复合薄膜领域，具体涉及一种石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜及其制备方法。

背景技术

以GaN、InN、AlN及其组合为代表的III族氮化物是最常用的第三代宽带隙半导体，具有禁带宽度大、耐高温高压、化学稳定性好、异质结构界面二维电子浓度高等优点。而且，通过这三种氮化物的组合，可以实现禁带宽度范围在0.7-6.2eV范围内的调控，这类直接带隙半导体制成薄膜之后，广泛应用于各种半导体器件中。

III族氮化物薄膜通常是外延生长在二氧化硅或氧化铝衬底上，具体应用于半导体器件时，为了获得优异的光电转换效率，通常还需要将两种不同成分的III族氮化物进行复合，形成异质结构。现有市场中最常用的是GaN/AlGaN超晶格结构。但是，直接将两种不同的III族氮化物进行复合形成异质结构，其异质界面容易模糊不平整，界面的陡峭程度也不理想，这都会影响到所制备的半导体器件的光电转换效率。

因此，需要通过控制制备工艺来改善异质结构中的异质界面的平整性和陡峭程度。有鉴于此，本发明旨在提供一种界面平整度高、陡峭度良好的石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜。

发明内容

为了提升现有的半导体薄膜器件中的超晶格薄膜的光电转换效率，本发明提供一种界面平整度高、陡峭度良好的石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜及其制备方法，以改善III族氮化物半导体复合薄膜中的异质界面的平整度和陡峭度。

一种石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二氧化硅或氧化铝衬底至于反应腔中，进行基底轰击清洗；

（2）以镓源、铟源和/或铝源为反应原料，氨气为氮化反应气体，在衬底上化学气相沉积III族氮化物层A；

（3）III族氮化物层A沉积完毕后，停止通入反应原料和氨气，通入氢气进行吹扫，然后再通入甲烷和氩气进行化学气相沉积石墨烯层；

（4）石墨烯层沉积完毕后，停止通入甲烷和氩气，通入氨气进行吹扫，然后再通入镓源、铟源和/或铝源作为反应原料，进行化学气相沉积III族氮化物层B；

（5）III族氮化物层B沉积完毕后，停止通入反应原料和氨气，通入氢气进行吹扫，然后再通入甲烷和氩气进行化学气相沉积石墨烯层；

（6）重复步骤（2）-（5）n次，n为5-30的整数；

（7）以三甲基镓为镓源，氨气为氮源，在衬底上化学气相沉积GaN面层。

通过以上沉积步骤，最终在衬底上得到了结构为(III族氮化物层A/石墨烯/III族氮化物层B/石墨烯)_n+1/ GaN的石墨烯插层III族氮化物半导体复合薄膜。

其中，所述镓源为三甲基镓；所述铝源为三甲基铝；所述铟源为三甲基铟。