[发明专利]在基于图形化蓝宝石衬底的石墨烯上生长氮化镓的方法

摘要

本发明公开了一种在基于图形化蓝宝石衬底的石墨烯上生长氮化镓的方法，主要解决现有技术生长氮化镓薄膜由于位错较多而导致质量不高问题。其实现方案是：首先选用具有凸型或凹型图案的图形化的蓝宝石为衬底；然后使用化学气相沉积CVD的方法，在选取好的图形化蓝宝石衬底上直接生长单层或多层石墨烯；接着再使用金属有机物化学气相沉积MOCVD的方法，在生长了单层或多层石墨烯的图形化蓝宝石衬底上生长1‑3um厚度的氮化镓薄膜。本发明减少了在石墨烯上生长氮化镓薄膜的位错，提高了氮化镓薄膜的质量，可用于制作氮化镓基的半导体器件。

主权项

1.一种在基于图形化蓝宝石衬底的石墨烯上生长氮化镓的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过CVD的方法在图形化的蓝宝石作衬底上直接生长1‑5层的石墨烯薄膜：(1a)将图形化的蓝宝石衬底依次放入丙酮，酒精和去离子水中使用超声波清洗机进行衬底的清洁处理，每种溶液清洗的时间为3min，并用氮气枪吹干；(1b)将清洗后的图形化蓝宝石衬底放在CVD反应室中，抽真空至6Torr；(1c)向CVD反应室中通入15‑25sccm的氢气，保持反应室气压为0.1‑1atm，反应室的温度为700℃，对图形化蓝宝石衬底进行表面的预处理10min；(1d)向CVD反应室中同时通入100‑150sccm的氩气和10‑20sccm的甲烷，气压为0.1‑1atm，反应室温度升至1045‑1050℃，在衬底上生长1‑3层的石墨烯薄膜；(1E)将反应室温度降到室温，再从反应室中取出生长完石墨烯的图形化蓝宝石衬底；(2)通过MOCVD的方法在生长完石墨烯薄膜的衬底上生长厚度为1‑3um的氮化镓薄膜：(2a)将覆盖石墨烯的图形化蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相沉积反应室中，在真空状态下，将反应室温度升到515℃准备生长低温氮化镓成核层，当反应室温度达到515℃时，将氢气阀打开，向反应室中同时通入15‑20sccm的镓源和1000‑1200sccm的氨气，反应室压力维持200mbar，采用金属有机物化学气相淀积法生长20‑30nm低温氮化镓成核层，得到覆盖有低温氮化镓成核层的石墨烯/图形化蓝宝石衬底；(2b)将反应室压力调整为300mbar，温度升到1100℃，同时调整氨气和镓源的流量分别为10000‑10500sccm、230‑260sccm，采用金属有机物化学气相淀积法，在覆盖有低温氮化镓成核层的石墨烯/蓝宝石图形化衬底上生长厚度为1‑3um的高温氮化镓；(2c)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的图形化蓝宝石衬底上生长的氮化镓。