[发明专利]基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法

摘要

本发明涉及一种基于石墨烯插入层结构的氮化镓生长方法，该方法包括如下步骤：(1)在α面的蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝薄膜；(2)通过金属衬底上石墨烯的转移技术，将石墨烯转移到磁控溅射氮化铝薄膜上；(3)对覆盖石墨烯的基板进行热处理；(4)用脉冲金属有机物化学气相淀积MOCVD法外延氮化铝作为过渡层；(5)将样品放入金属有机物化学气相淀积MOCVD中依次外延低温GaN外延层和高温GaN外延层。该方法可以在工艺步骤少、成本低以及工艺重复性好的前提下得到高质量的氮化镓外延层。

主权项

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象淀积法，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,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，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。