[實用新型]一種復合襯底結構

有效

• 申請號: 201820174780.5
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN207852692U
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 趙中陽
• 申請（專利權）人: 北京派克貿易有限責任公司
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/074;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理事務所(普通合伙) 11226
• 代理人: 常玉明;張蘭海

一種復合襯底結構，通過在GaAs外延層上設置石墨烯層，通過采用該復合襯底制作光電探測器元件或光伏電池元件，可利用石墨烯與GaAs半導體構成肖特基結，光吸收層為GaAs層半導體的耗盡層，并利用石墨烯良好的光透過率和導電效率。從而可以提高采用該復合襯底所制備的光電材料以及光伏電池結構的光電轉換效率。

技術領域

本實用新型涉及一種襯底結構，特別是涉及一種在GaAs基底上制備GaAs 外延層與石墨烯層的復合襯底結構。

背景技術

砷化鎵(GaAs)是化合物半導體中最重要、用途最廣泛的半導體材料之一，也是目前研究得最成熟、生產量最大的化合物半導體材料。由于砷化鎵具有電子遷移率高(是硅的5～6倍)、禁帶寬度大(它為1.43eV，硅為1.1eV)且為直接帶隙的特點，容易制成半絕緣材料、本征載流子濃度低、光電特性好，還具有耐熱、抗輻射性強及對磁場敏感等優良特性。用砷化鎵材料制作的器件頻率響應好、速度快、工作溫度高，能滿足集成光電子的需要。它是目前最重要的光電子材料，也是繼硅材料之后最重要的微電子材料，適于制造高頻、高速器件和電路。

石墨烯具有非常獨特的物理化學特性，它具有超高的電子遷移率，其導熱性好，電導率高，與金屬接觸時電阻低。此外，石墨烯具有獨特的光吸收特性，對從紫外到太赫茲波段的光均有吸收。石墨烯的費米能級可以通過柵壓的方式進行調控，而且石墨烯的制備工藝與傳統的光電傳感器件的工藝兼容，因此以包含有石墨烯材料的光電傳感器以及光伏電池具有很大的應用前景。

目前，以石墨烯為材料的光電傳感器的結構中，由于單層石墨烯的吸收率僅為約2.3％，且石墨烯的光生載流子壽命很短(皮秒量級)。往往需要使用等離子增強結構、微腔等來增強石墨烯的吸收以及器件的響應。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種GaAs基底上制備GaAs層與石墨烯層構成的復合襯底結構。通過采用該復合襯底制作光電探測器元件或光伏電池元件，可利用石墨烯與GaAs半導體構成肖特基結，光吸收層為GaAs層半導體的耗盡層，石墨烯的作用是形成肖特基勢壘并使入射光透射至半導體的耗盡區。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

提供一種復合襯底，具有GaAs基底結構，在GaAs基底結構上設置有本征 GaAs層，在本征GaAs層上設置有n型GaAs層，在n型GaAs層上設置有石墨烯層。

n型GaAs層為經過蝕刻處形成具有凹槽的圖形化結構，所述凹槽(105)的截面為V型或U型結構，所述圖形化結構的凹槽的面積占N型GaAs層有效工作面積的10％-60％。

石墨烯材料層填充至圖形化結構的凹槽之中，并覆蓋在n型GaAs層之上。

在n型GaAs層的圖形化結構的凹槽中設置有石墨烯和GaAs混合材料層。

在石墨烯和GaAs混合材料層中的石墨烯包括墨烯顆粒和石墨烯量子點結構，GaAs：石墨烯＝1:2-1:50質量比。

一種復合襯底的制作方法，使用GaAs晶元作為基底結構，在GaAs基底結構上制備有本征GaAs層，在所述本征GaAs層上制備有n型GaAs層(103)，在n型GaAs層上制備有石墨烯材料層。

在制備石墨烯材料層之前，對n型GaAs層進行蝕刻處理，形成具有凹槽(105) 的圖形化結構。

所述圖形化結構的凹槽的面積占N型GaAs層有效工作面積的10％-60％。

在圖形化結構中的凹槽之中填充有石墨烯和GaAs混合材料層。

在石墨烯和GaAs混合材料層中的石墨烯包括墨烯顆粒和石墨烯量子點結構。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：