一种具有石墨烯层的氮化镓基光电器件外延结构的制作方法

本实用新型涉及氮化镓基光电器件的制备技术，尤其涉及一种具有石墨烯层的氮化镓基光电器件的外延结构。

背景技术：

现有的氮化镓基二极管大多使用蓝宝石为基板，但因蓝宝石基板不导电，使得制作二极管组件的电极在同一侧，此种组件设计因二个极性的导电率差异过大，如图1所示，P电极1a对应的P型半导体端电流主要由ITO导电层1b扩散，而N电极1c对应的N型半导体端电流主要是以N型氮化镓层1d的半导体扩散，这种二极管组件极易出现电流堵塞的问题，这将导致二极管组件工作效率变差。

石墨烯是由一层或多层所构成的二维材料，它具有高透光性(＞97％)和低电阻率(～10^-6Ωcm)的特性，在氮化镓基二极管组件的应用上，常取代ITO作为P型半导体端的透明导电层，如何将石墨烯置于N型半导体端，提高N型半导体端的横向电流扩散，解决传统氮化镓基二极管组件中在N型氮化镓层的电流阻堵塞问题，是目前普遍存在的一个技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术不足，本实用新型的目的在于改善氮化镓基光电器件的外延结构而提升N型半导体端的横向电流扩散能力，从而解决氮化镓基二极管组件中N型氮化镓层的电流阻堵塞问题，提供一种具有石墨烯层的氮化镓基光电器件外延结构。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种具有石墨烯层的氮化镓基光电器件外延结构，包括衬底，所述衬底自下至上依次层状叠加的设置氮化物缓冲层、非故意掺杂氮化镓层和第一N型氮化镓层；再在第一N型氮化镓层的基础上，在第一N型氮化镓层一侧表面上再次自下至上依次层状叠加的设置有源层、P型氮化镓层、ITO导电层和P电极；在第一N型氮化镓层另一侧表面上设置与P电极绝缘的N电极；所述非故意掺杂氮化镓层与第一N型氮化镓层之间还设有便于电子横向传导的石墨烯层。

优选地，所述石墨烯层与所述非故意掺杂氮化镓层之间还设有便于电子在下层横向传导的第二N型氮化镓层。

优选地，所述衬底为蓝宝石基板。

优选地，所述蓝宝石基板为图样化基板。

优选地，所述石墨烯层厚度为0.3～10奈米。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型主要应用于氮化镓基二极管的制备，将石墨烯置于N型半导体端，加大N型半导体端的横向电流扩散，解决现有氮化镓基二极管组件中在N型氮化镓层的电流阻堵塞问题。

其氮化镓基二极管结构由下至上包括蓝宝石基板、氮化物缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层，且另有一石墨烯层置于非故意掺杂氮化镓层和N型氮化镓层之间或是N型氮化镓层之中；与现有氮化镓基二极管结构相比，加入石墨烯层有助于电子在N型氮化镓中的横向传导，可改善传统氮化镓基二极管在N型氮化镓层的电流阻堵塞(current blocking)问题；且和传统将石墨烯层置于蓝宝石基板上的方式相比，更适合用于和现今大量采用的图样化基板技术相匹配，由于图样化基板的图样高低起伏在1微米以上，而石墨烯层的厚度不过在数奈米，传统将石墨烯层置于基板上的方式在使用图样化基板时将遇到很大的挑战，该外延结构将石墨烯层置于表面平坦的非故意掺杂氮化镓层之上或是N型氮化镓层之中，故十分容易和现今大量采用的图样化基板技术相匹配。

【附图说明】

图1是现有氮化镓基二极管的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一氮化镓基二极管的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二氮化镓基二极管的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。其次，本实用新型利用示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。

实施例一

一种具有石墨烯层的氮化镓基光电器件外延结构，主要应用于氮化镓基二极管的制备，如图2所示，包括衬底1，该衬底1为蓝宝石基板，且蓝宝石基板为图样化基板；所述衬底1自下至上依次层状叠加的设置氮化物缓冲层2、非故意掺杂氮化镓层3和第一N型氮化镓层4；再在第一N型氮化镓层4的基础上，在第一N型氮化镓层4一侧表面上再次自下至上依次层状叠加的设置有源层5、P型氮化镓层6、ITO导电层7和P电极8；在第一N型氮化镓层4另一侧表面上设置与P电极8绝缘的N电极9；该非故意掺杂氮化镓层3与第一N型氮化镓层4之间还设有便于电子横向传导的石墨烯层10，该石墨烯层10厚度为0.3～10奈米。

该实施例的具有石墨烯层的氮化镓基光电器件外延结构的制备方法，主要应用于氮化镓基二极管的制备，如图2所示，包括以下步骤：

步骤一，将蓝宝石基板1置入外延层成长腔体中，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法，在蓝宝石基板1的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石基板1表面生长氮化物缓冲层2和非故意掺杂氮化镓层3；

步骤二，降温到低于80摄氏度，取出外延片，将采用铜薄片化学气相沉积生长的石墨烯层10，表面上涂布聚合物作为支撑层，再将此支撑层置于外延层上，然后先使用化学溶剂腐蚀掉铜薄片，再使用有机溶剂去除聚合物层，如此便将聚合物上的石墨烯层10转移至外延层上；

步骤三，将外延片再次置于外延层成长腔体中，完成后续第一N型氮化镓层4、有源层5和P型氮化镓层6的成长；

步骤四，将完成外延结构成长的氮化镓基二极管外延片完成芯片制程。

该实例中，将石墨烯层置于非故意掺杂氮化镓层3和第一N型氮化镓层4之间，与现有氮化镓基二极管结构相比，加入石墨烯层4有助于电子的横向传导，可改善传统氮化镓基二极管在N型氮化镓层的电流阻堵塞(current blocking)问题；且和传统将石墨烯层置于蓝宝石基板上的方式相比，更适合用于和现今大量采用的图样化基板技术相匹配，由于图样化基板的图样高低起伏在1微米以上，而石墨烯层的厚度不过在数奈米，传统将石墨烯层置于基板上的方式在使用图样化基板时将遇到很大的挑战，该外延结构将石墨烯层置于表面平坦的非故意掺杂氮化镓层之上，故十分容易和现今大量采用的图样化基板技术相匹配。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在石墨烯层10与非故意掺杂氮化镓层3之间还设有便于电子在下层横向传导的第二N型氮化镓层11，即将石墨烯层10置于上下两层的第一N型氮化镓层4和第二N型氮化镓层11之中，加入的石墨烯层4更有助于电子的横向传导。

该实施例的具有石墨烯层的氮化镓基光电器件的外延结构的制备方法，主要应用于氮化镓基二极管的制备，如图3所示，包括以下步骤：

步骤一，将蓝宝石基板1置入外延层成长腔体中，通过金属有机化合物化学气相沉淀方法，在蓝宝石基板1的上表面上生长外延层，所述外延层生长过程依次为：在蓝宝石基板1表面生长氮化物缓冲层2、非故意掺杂氮化镓层3和第二N型氮化镓层11；

步骤二，降温到低于80摄氏度，取出外延片，将采用铜薄片化学气相沉积生长的石墨烯层4，表面上涂布聚合物作为支撑层，再将此支撑层置于外延层上，然后先使用化学溶剂腐蚀掉铜薄片，再使用有机溶剂去除聚合物层，如此便将聚合物上的石墨烯层4转移至外延层上；

步骤三，将外延片再次置于外延层成长腔体中，完成后续第一N型氮化镓层4、有源层5和P型氮化镓层6的成长；

步骤四，将完成外延结构成长的氮化镓基二极管外延片完成芯片制程。

该实施例中，石墨烯层4置于上下两层的第一N型氮化镓层4和第二N型氮化镓层11之中，加入的石墨烯层4更有助于电子的横向传导，更加有效改善传统氮化镓基二极管在N型氮化镓层的电流阻堵塞(current blocking)问题，更适合用于和现今大量采用的图样化基板技术相匹配。

以上所述实施例只是为本实用新型的较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；凡依本实用新型之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围内。