[發明專利]石墨烯作為插入層的GaN/AlGaN異質結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202110039389.0
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN114759088A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 劉志強;馮濤;梁萌;伊曉燕;張碩;王軍喜;李晉閩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/205;H01L29/165;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

1.一種石墨烯作為插入層的GaN/AlGaN異質結構，其特征在于，包括：

一襯底(1)；

一氮化鎵層(2)，設置在襯底(1)上；

一石墨烯插入層(3)，設置在氮化鎵層(2)上；

一勢壘層(4)，設置在石墨烯插入層(3)上；

一帽層(5)，設置在勢壘層上(4)。

2.根據權利要求1所述的GaN/AlGaN異質結構，其特征在于，

所述襯底(1)采用的材料包括藍寶石、硅、氮化鎵、碳化硅中的任一種；

所述勢壘層(4)采用的材料包括氮化鎵鋁；

所述勢壘層(4)的厚度為25至50nm；

所述勢壘層(4)中鋁的質量組分為10至30％；

所述帽層(5)采用的材料包括氮化鎵；

所述石墨烯插入層(3)的厚度為0.3至1.2nm；

所述石墨烯插入層(3)采用的材料包括單層石墨烯、雙層石墨烯、三層石墨烯中的任一種或多種組合；

所述石墨烯插入層(3)的二維電子遷移率為10000至15000cm²/V·s。

3.一種石墨烯作為插入層的GaN/AlGaN異質結構的制備方法，其特征在于，

在襯底(1)上制備氮化鎵層(2)；

在氮化鎵層(2)上制備石墨烯插入層(3)；

在石墨烯插入層(3)上制備勢壘層(4)；

在勢壘層(4)上制備帽層(5)，完成所述GaN/AlGaN異質結構的制備。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，

所述GaN/AlGaN異質結構是在高真空生長室中制備的；

所述襯底(1)的制備方法包括氮化處理法；

其中，所述氮化處理法的溫度為1000至1100℃；

其中，所述氮化處理的時間為3至5min；

其中，所述氮化處理包括在所述高真空生長室中通氨氣和氫氣。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，

所述氮化鎵層(2)的制備方法包括分子束外延法或金屬有機化合物化學氣相沉淀法。

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，

制備所述石墨烯插入層(3)采用的原材料包括石墨烯材料；

其中，所述石墨烯材料的第一表面覆蓋的支撐材料包括銅箔或鎳箔；

其中，所述石墨烯材料的第二表面覆蓋的覆蓋材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。

7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，

所述石墨烯插入層(3)的制備方法，包括：

去除所述石墨烯材料第一表面的支撐材料；

將所述石墨烯材料第一表面轉移至所述氮化鎵層(2)上；

風干所述石墨烯材料和所述氮化鎵層(2)；

去除所述石墨烯材料第二表面的覆蓋材料，完成所述石墨烯插入層(3)的制備。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

去除所述支撐材料的制備方法包括溶液腐蝕法；

所述溶液腐蝕法中采用的溶液包括氯化鐵溶液、過硫酸銨溶液或硝酸與鹽酸的混合溶液中的任一種。

9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

使用中間片將所述石墨烯材料轉移至所述襯底上；

去除所述覆蓋材料的方法包括溶液腐蝕法；

所述溶液腐蝕法中的溶液選自丙酮、乙醇、去離子水中的任一種或多種組合；

其中，依次選取丙酮、乙醇、去離子水浸泡所述覆蓋材料；

其中，所述覆蓋材料在丙酮中浸泡時間為5至15min；

其中，所述丙酮的溫度為55至80℃；

其中，所述覆蓋材料在乙醇中浸泡時間為5至15min；

其中，所述覆蓋材料在去離子水中浸泡時間為5至15min。

10.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，

所述勢壘層(4)或所述帽層(5)的制備方法包括準范德華外延法。