[發明專利]一種液態石墨烯應用于GaN基材料及器件的方法

在審

• 申請號: 201710887677.5
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107808819A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 孫曉娟;黎大兵;賈玉萍;劉賀男;宋航;李志明;陳一仁;繆國慶;蔣紅;張志偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/3205
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種液態石墨烯應用于GaN基材料及器件的方法。

背景技術

GaN基材料屬于直接寬帶隙半導體材料，鍵合能很大，具有良好的化學穩定性和熱穩定性。技術上可以實現與AlN、InN等形成組分連續可變的三元或多元固溶體合金：Al_xGa_1-xN、In_xGa_1-x N、四元固溶體合金Al_xIn_yGa_1-x-y N。其禁帶寬度從0.7eV到6.2eV連續可調，對應的波長從近紅外覆蓋到紫外波段，因此GaN基材料是制備發光二極管、光電探測器、太陽能電池等光電子器件的理想材料。此外，GaN基材料的高電子遷移率，高電子飽和速率以及高擊穿電場特性使得其在研制高頻大功率器件、耐高溫，抗輻照半導體微電子器件上也具有先天優勢。

然而，如何進一步提高及拓展GaN基光電子器件及微電子器件的性能依然是人們追求的目標。如何解決GaN基光電子及微電子器件的工作速度有待提高、散熱性不良、集成與互聯難度大等問題依然是制約GaN基光電子器件及微電子器件發展及進一步應用的重要問題。石墨烯的發現，為解決這些問題，優化及拓展GaN基光電子及微電子器件的發展和應用提供了新的途徑。其主要體現在以下幾個方面：

1)石墨烯的高透光性能有望成為GaN基光電子器件的透明電極：石墨烯在可見光范圍內的透光性為97.7％，且透光分布均勻，與傳統的ITO電極相比具有很大優勢，如果可以用石墨烯作為GaN材料激光器、LED、探測器等光電器件的透明電極，可以有望大大提高GaN材料器件的透光性。

2)石墨烯的導熱系數為5300Wm^-1k^-1是銅的十倍，因此，石墨烯的優良導熱性有望解決GaN基微電子器件的散熱問題。

3)石墨烯的電子遷移率非常高——200000cm²/Vs，是硅電子遷移率的100倍以上，同時石墨烯的電導率也可高達10⁶S/m，這些性能遠遠超過人類之前用來制造電子器件的絕大部分導電材料，因此，石墨烯優良的導電性有望提高GaN材料器件的工作速度，解決GaN材料器件存在工作速度不足的問題。

4)石墨烯超強的機械強度有望改善GaN材料器件的集成互聯問題：石墨烯的抗拉強度可以達到42N/m²，是鋼鐵拉伸強度的100倍，可以用此性能有效改善GaN材料制備的光電子器件和微電子器件存在的集成互聯問題。

到目前為止，關于將石墨烯應用于GaN基器件中，石墨烯的轉移問題在很大程度上限制了石墨烯應用于GaN基光電子和微電子器件。目前的石墨烯轉移方法如下：

1)利用化學氣相沉積(CVD)的方法在Cu基板襯底上生長石墨烯；

2)利用腐蝕液腐蝕掉Cu基板襯底；

3)將與Cu襯底分離的石墨烯轉移到GaN基材料表面。

不難發現，利用上述方法轉移石墨烯過程復雜，難度大，不但石墨烯在轉移過程中很容易受到損傷，而且，很難控制轉移的石墨烯的尺寸和轉移后的位置。因此，石墨烯的轉移問題一直是人們關注的問題，如何簡化石墨烯的轉移過程是將石墨烯應用于GaN基器件的重要環節。此問題的解決，將在很大程度上推動將石墨烯應用于GaN基光電子和微電子器件。

發明內容

本發明要解決現有技術中的技術問題，提供一種液態石墨烯應用于GaN基材料及器件的方法，該方法通過液態石墨烯滴定或者旋涂的方式實現將石墨烯應用于GaN基光電子和微電子器件，本方法操作簡單，重復性強，避免了傳統石墨烯轉移的損傷問題；并且可以通過光刻的方式，實現轉移后的石墨烯尺寸可控，實現石墨烯與GaN基材料相結合，優化及拓展GaN基光電子和微電子器件的性能。本發明提供的利用液態石墨烯轉移石墨烯的方法，為石墨烯應用于GaN基材料及器件，實現石墨烯與GaN基材料相結合提供了新思路。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種液態石墨烯應用于GaN基材料及器件的方法，包括以下步驟：

步驟1、生長GaN基材料；

步驟2、配置石墨烯溶液；

步驟3、在GaN基材料表面界定石墨烯窗口；

步驟4、通過旋涂或者滴定的方式，將步驟2配置的石墨烯溶液滴加到GaN基材料表面界定石墨烯窗口中；

步驟5、揮發溶劑，實現基于石墨烯的GaN基器件。