[發明專利]在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法

有效

• 申請號: 201610130981.0
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105734530B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 張進成;陳智斌;呂佳騏;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C14/35;C23C14/06;C23C16/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明涉及一種在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法，該方法包括如下步驟：(1)在銅襯底上通過金屬有機物化學氣相淀積MOCVD生長石墨烯；(2)在覆蓋石墨烯層的銅襯底上采用磁控濺射生長一層氮化鋁薄膜；(3)將得到的氮化鋁基板進行一定時間的熱處理；(4)將進行熱處理之后的樣品放入金屬有機物化學氣相淀積MOCVD中依次外延低V/III比氮化鎵外延層和高V/III比氮化鎵外延層。該方法易在覆蓋石墨烯層的銅襯底上得到質量較好的氮化鎵外延層。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，更進一步涉及微電子技術領域中的一種在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法。本發明可用于在石墨烯上生長氮化鎵薄膜，獲得的氮化鎵薄膜可進一步制作成半導體器件。

背景技術

氮化鎵由于禁帶寬度大、電子遷移率高、擊穿電場大等優勢在光電器件和電子器件等領域有廣泛的應用。所以，生長高質量氮化鎵薄膜是制作微波功率器件的關鍵。

石墨烯是一種新穎的二維材料。其遷移率非常高。石墨烯和氮化鎵的晶格失配不超過3％。因此，非常適合在其上面生長III族氮化物。

蘇州納維科技有限公司和中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所共同申請的專利“一種III族氮化物襯底的生長方法、襯底以及LED”(申請號：201110078131.8，公布號：CN 102201503 A)中公開了一種III族氮化物襯底的生長方法。該方法的具體步驟如下：(1)在支撐襯底(銅)表面生長石墨烯層；(2)在石墨烯層通過MOCVD外延III族氮化物半導體層，此步驟中III族氮化物半導體層的最高生長溫度低于銅的熔點。該專利具有生長工藝簡單，不會在生長中引入雜質的優點。但是，該方法仍然存在的不足之處是：由于該方法是在銅襯底上進行外延，使得后續生長的氮化物材料溫度不能高于銅的熔點。而氮化鋁作為常用的成核層，其適宜生長溫度高于該熔點，因此該方法無法生長較好的AlN層從而使得獲得的氮化物材料質量較差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的存在不足，提供一種在石墨烯上基于磁控濺射氮化鋁的氮化鎵生長方法，以提高氮化鎵薄膜質量。

為實現上述目的，本發明的具體思路是：首先，在銅襯底上生長一層石墨烯；然后，磁控濺射一層氮化鋁薄膜，以緩解襯底與氮化鎵之間由于晶格失配產生的應力；最后，再將樣品放入金屬有機物化學氣相淀積MOCVD中依次外延氮化鋁過渡層、低V/III比GaN外延層和高V/III比GaN外延層。

實現本發明目的技術關鍵是：采用石墨烯、磁控濺射氮化鋁成核層和金屬有機物化學氣相淀積MOCVD脈沖法外延氮化鋁的方式，首先在銅襯底上生長石墨烯，然后磁控濺射氮化鋁成核層、最后在通過金屬有機物化學氣相淀積MOCVD外延氮化鎵外延層；通過調節各層生長的壓力、流量、溫度以及厚度生長條件，提高氮化鎵薄膜的質量。

本發明的具體步驟包括如下：

(1)生長石墨烯：

(1a)將清洗后的銅箔放管式爐石英管中，抽真空10min；

(1b)通入氫氣，將管式爐加熱至1000℃后退火2小時；

(1c)通入碳源氣體生長2小時，關閉碳源，將管式爐石英管快速降至室溫，得到覆蓋石墨烯的銅箔；

(2)磁控濺射氮化鋁：

(2a)將覆蓋石墨烯的銅襯底置于磁控濺射系統中，反應室壓力為1Pa，通入氮氣和氬氣5min；

(2b)以5N純度的鋁為靶材，采用射頻磁控濺射，在覆蓋石墨烯的銅襯底上濺射氮化鋁薄膜，得到濺射氮化鋁的基板；

(3)熱處理：

(3a)將濺射氮化鋁的基板置于金屬有機物化學氣相淀積金屬有機化合物化學氣相沉淀MOCVD反應室中，向反應室通入氫氣與氨氣的混合氣體5min；