[發(fā)明專利]一種同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法、氮化鎵材料及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841497B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐俞;王建峰;徐科
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所;中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L33/00;H01L33/12;H01L33/32
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開了一種同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法,其包括：提供氮化鎵襯底；在所述襯底上轉(zhuǎn)移或直接生長作為插入層的單層石墨烯；同質(zhì)外延生長氮化鎵。本發(fā)明以單層石墨烯為插入層同質(zhì)外延生長氮化鎵，可以獲得大尺寸同質(zhì)外延氮化鎵單晶材料，并且生長的氮化鎵容易實現(xiàn)機(jī)械剝離，剝離后的襯底可以反復(fù)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法，具體涉及一種采用單層石墨烯作為插入層，同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法，以及生長獲得的氮化鎵材料及其應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體光電材料和器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2004年，英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構(gòu)成的新型二維原子晶體-石墨烯，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二維納米材料。單層石墨烯是指只有一個碳原子層厚度的石墨，C-C間依靠共價鍵相連接而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。在石墨烯中，每個碳原子通過很強的σ鍵(自然界中最強的化學(xué)鍵)與其他3個碳原子相連接，這些很強的C-C鍵致使石墨烯片層具有及其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。碳原子有4個價電子，每個碳原子都貢獻(xiàn)一個未成鍵的π電子，這些π電子與平面成垂直的方向可形成π軌道，π電子可在晶體中自由移動，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。但這些面外離位的π鍵與相鄰層內(nèi)的π鍵的層間相互作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個σ鍵，即片層間的作用力較弱，因此石墨間很容易互相剝離，形成薄的石墨片。

在石墨烯上外延生長半導(dǎo)體材料，可以利用石墨烯層間比較弱范德華力，實現(xiàn)半導(dǎo)體材料的機(jī)械剝離并轉(zhuǎn)移到任意襯底上，從而實現(xiàn)柔性的、可轉(zhuǎn)移的光電子器件。然而，由于石墨烯表面缺乏懸掛鍵，直接外延生長存在困難，而且生長的半導(dǎo)體材料存在大量晶界、層錯、位錯等，缺陷密度遠(yuǎn)高于可應(yīng)用于常規(guī)器件的材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法、氮化鎵材料及應(yīng)用，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實施例提供了一種同質(zhì)外延生長氮化鎵的方法，其包括：

提供氮化鎵襯底；

在所述氮化鎵襯底上設(shè)置作為插入層的單層石墨烯；

在載有所述單層石墨烯的襯底上同質(zhì)外延生長氮化鎵材料。

本發(fā)明實施例還提供了一種氮化鎵材料，其包括：

氮化鎵襯底，

設(shè)置在所述氮化鎵襯底上的、作為插入層的單層石墨烯，以及

在所述單層石墨烯上生長形成的氮化鎵單晶材料；

其中，所述單層石墨烯的厚度滿足如下條件，即：能夠使所述氮化鎵單晶材料與所述氮化鎵襯底之間通過氮化鎵的共價鍵作用配合。

本發(fā)明實施例還提供了前述的方法或氮化鎵材料于制備半導(dǎo)體裝置中的用途。

較之現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明采用了氮化鎵或氮化鎵模板為襯底，轉(zhuǎn)移或直接生長單層石墨烯，以單層石墨烯為插入層，同質(zhì)外延生長氮化鎵，可以獲得大尺寸同質(zhì)外延氮化鎵單晶材料；并且由于中間存在石墨烯，利用石墨烯的范德瓦爾斯力，使其上生長的氮化鎵容易實現(xiàn)機(jī)械剝離，剝離后的襯底可以反復(fù)使用。

2)生長氮化鎵及LED結(jié)構(gòu)后，可以采用機(jī)械剝離獲得可轉(zhuǎn)移的、柔性的氮化鎵LED材料；或者生長較厚的氮化鎵厚膜，也可以采用機(jī)械剝離獲得自支撐氮化鎵襯底。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明一典型實施例中以單層石墨烯為插入層同質(zhì)外延生長的氮化鎵單晶材料的結(jié)構(gòu)示意圖。