[發明專利]一種石墨烯輔助GaN整流器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910254959.0
• 申請日: 2019-03-30
• 公開（公告）號: CN109873031A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 李國強;李筱嬋
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L29/47;H01L23/373;H01L29/861;H01L21/329
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

1.一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，包括外延片（1），分別設置在外延片（1）上表面兩側且不互聯的初級肖特基電極（2）和初級歐姆電極（3），設置在初級肖特基電極（2）和初級歐姆電極（3）上方的石墨烯層（4），設置在石墨烯層（4）上的金屬層（5），設置在肖特基電極部分金屬層（5）上的肖特基金屬層（6），設置在歐姆電極石墨烯層上金屬層同肖特基電極部分肖特基金屬層上方的圖形化鈍化層（7），設置在圖形鈍化層（7）開口處即肖特基電極部分肖特基金屬層（6）與歐姆電極部分金屬層（5）上方的頂電極層（8）；所述肖特基金屬層（6）將初級肖特基電極（2）、初級肖特基電極上方的石墨烯層（4）和金屬層（5）裸露在空氣處所有區域包裹在內。

2.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述初級肖特基電極（2）和初級歐姆電極（3）的厚度為50~200 nm。

3.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述初級肖特基電極（2）和初級歐姆電極（3）的頂端接觸層厚度為20~100 nm，材料為導電性良好、適用于電極頂層制作的惰性良金屬。

4.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述石墨烯層（4）的材料為單晶石墨烯或多晶石墨烯；其中石墨烯材料層數為1~20原子層。

5.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述金屬層（5）為導電性良好、適用于電極頂層制作的惰性良金屬，厚度為20~150 nm。

6.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述圖形化鈍化層（7）的材料為SiN_x、SiO₂或者Al₂O₃，其中x為3-5；所述圖形化鈍化層的厚度為150-500 nm。

7.根據權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述頂電極層（8）的材料為導電性良好、適用于電極頂層制作的惰性良金屬，厚度為100~300 nm。

8.根據權利要求3或5或7所述的一種石墨烯輔助GaN整流器，其特征在于，所述惰性良金屬為黃金或鉑金。

9.制備權利要求1所述的一種石墨烯輔助GaN整流器的方法，其特征在于，包含以下步驟：

（1）外延片表面清洗；

（2）外延片表面對準標記刻蝕；

（3）臺面隔離；

（4）外延片表面初級電極制備：采用電子束蒸發的方法，不外加襯底溫度，先后蒸鍍初級歐姆電極與初級肖特基電極；

（5）石墨烯層轉移：在步驟（4）所得的初級歐姆電極與初級肖特基電極上通過水轉移-烘干方法貼附石墨烯層；

（6）石墨烯層上金屬蒸鍍：對步驟（5）完成石墨烯層貼附外延片進行光刻掩模，顯影暴露出電極區域后，通過電子束蒸發，不外加襯底溫度情況下，蒸鍍石墨烯層上金屬后進行圖形化去膠操作；

（7）多余石墨層的去除：再次對外延片進行光刻掩模，將無金屬沉積的石墨烯層區域顯影暴露出來，隨后采用干法刻蝕手段，對片上暴露出的石墨烯膜層進行刻蝕，去除片上多余石墨烯區域，實現石墨烯層圖形化并進行去膠操作；

（8）金屬層上方肖特基金屬層制備：對步驟（7）得到的外延片進行光刻掩模，顯影暴露出肖特基電極部分金屬層圖案且顯影出圖案邊緣應略寬于已有肖特基電極圖案邊緣，與已有圖案邊緣距離為20~50 nm，隨后利用電子束蒸發在無外加襯底溫度條件下蒸鍍金屬層上方肖特基金屬層并進行去膠操作并在N₂條件下退火；

（9）圖形化鈍化層沉積：采用CVD方法在外延片表面沉積隔離層，隨后光刻掩模將需制備頂電極區域暴露出來，通過濕法腐蝕或干法腐蝕的方法將頂電極區域暴露出來；

（10）頂電極沉積：在步驟（9）處理后的外延片上，采用光刻顯影暴露出頂電極區域，隨后采用磁控濺射/電子束蒸發方法，不外加襯底溫度，制備頂電極層。

10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟（7）所述干法刻蝕手段為反應離子刻蝕或激光刻蝕技術。