一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构

本技术涉及一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构,属半导体。

背景技术：

1、以氮化镓（gan）为研究热点的ⅲ族氮化物半导体材料具有优异的光电性能和宽广的可调控带隙，使其在功率器件、光电子器件和射频器件等领域有着广泛的应用前景。目前，氮化镓主要是以异质外延的方式而获得。然而，异质衬底与氮化镓之间的晶格常数与热膨胀系数的差异严重影响了氮化镓的晶体质量，主要体现为所生长的氮化镓存在高的位错密度和应力，这阻碍了氮化镓基器件的性能和发展。

2、如何有效改善氮化镓薄膜的高位错与高应力问题成为了研究重点。经过验证，通过加入掩膜层可降低氮化镓薄膜的位错密度（参见文献：o. nam, m. d. bremser, et al.applied physics letters, 1997, 71(18): 2638-2640.），这是由于掩膜层起到了阻挡衬底氮化镓位错的作用。目前，根据掩膜层结构的不同主要分为以下两种：一是在衬底上制备以二氧化硅或氮化硅及其他介质材料的单层掩膜或以多种材料相结合的多层介质掩膜结构，虽然该结构起到了降低位错的作用，但非晶态的介质掩膜的保留对氮化镓的导电性与导热性会有所影响，较厚的掩膜层会给氮化镓带来小角度晶界问题和引入额外应力。此外，单层掩膜结构的图案多以一维周期性光栅条状为主，因氮化镓本身的各向异性，在光栅条状掩膜上生长的氮化镓薄膜存在表面均匀性差的问题。二是图案化异质衬底结构，即通过刻蚀工艺将衬底制备成周期性并存在深度差异的图案化结构，这类结构中衬底自身发挥了掩膜的作用，衬底的阻挡与位错的横向合并是氮化镓位错密度降低的主要原因，而位错密度的降低程度受到凹槽深度的影响并且应力弛豫程度并不明显。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术中存在的不足，提供一种能有效降低氮化镓的位错密度和应力，提高氮化镓的晶体质量的石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构。

2、实现本实用新型发明目的的技术方案是提供一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构，包括氮化镓薄膜层、掩膜层和衬底层，裸露衬底层的区域为窗口区域，石墨烯覆盖区域为掩膜区域，在衬底层的窗口区域氮化镓层成核生长并覆盖掩膜层表面，所述掩膜层为呈六方形图案排列的石墨烯掩膜层结构；所述的窗口区域宽度为3～5微米，掩膜区域的宽度为15～25微米。

3、本实用新型提高的一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构，其掩膜层为等离子体增强化学气相沉积法沉积获得的多层完整石墨烯层结构。

4、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

5、1. 与现有的一维光栅条带状掩膜层相比，本实用新型采用图案化六方掩膜结构具有六个窗口区域，氮化镓合并成膜的速度加快。

6、2.由于氮化镓自身的各向异性，在一维光栅条带状掩膜上生长的氮化镓薄膜的表面可能会出现不均匀问题，而使用图案化六方石墨烯掩膜可多方向调控生长，氮化镓薄膜具有良好的均匀性。

技术特征：

1.一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构，包括氮化镓薄膜层、掩膜层和衬底层，裸露衬底层的区域为窗口区域，石墨烯覆盖区域为掩膜区域，在衬底层的窗口区域氮化镓层成核生长并覆盖掩膜层表面，其特征在于：所述掩膜层为呈六方形图案排列的石墨烯掩膜层结构；所述的窗口区域宽度为3～5微米，掩膜区域的宽度为15～25微米。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构，其特征在于，所述的掩膜层为等离子体增强化学气相沉积法沉积获得的多层完整石墨烯层结构。

技术总结
本技术公开了一种石墨烯掩膜生长氮化镓薄膜的结构，属于半导体技术领域。它包括氮化镓薄膜层、掩膜层和衬底层，裸露衬底层的区域为窗口区域，石墨烯覆盖区域为掩膜区域，在衬底层的窗口区域氮化镓层成核生长并覆盖掩膜层表面；所述掩膜层为呈六方形图案排列的石墨烯掩膜层结构；所述的窗口区域宽度为3～5微米，掩膜区域的宽度为15～25微米。本技术提供的掩膜层结构能有效降低氮化镓薄膜因异质外延产生的高位错密度；石墨烯掩膜材料的弱范德华力使氮化镓克服失配问题，大幅降低氮化镓薄膜的应力；六方掩膜结构具有六个窗口区域有效加快氮化镓薄膜的合并时间；因氮化镓本身的各向异性特征，使用六方掩膜层生长的氮化镓薄膜具有更好的均匀性。

技术研发人员：陶佳豪,曹冰,李建洁,蔡鑫
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：20230421
技术公布日：2024/1/15