本實(shí)用新型涉及氮化鎵基光電器件的制備技術(shù)，尤其涉及一種具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件的外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的氮化鎵基二極管大多使用藍(lán)寶石為基板，但因藍(lán)寶石基板不導(dǎo)電，使得制作二極管組件的電極在同一側(cè)，此種組件設(shè)計(jì)因二個(gè)極性的導(dǎo)電率差異過(guò)大，如圖1所示，P電極1a對(duì)應(yīng)的P型半導(dǎo)體端電流主要由ITO導(dǎo)電層1b擴(kuò)散，而N電極1c對(duì)應(yīng)的N型半導(dǎo)體端電流主要是以N型氮化鎵層1d的半導(dǎo)體擴(kuò)散，這種二極管組件極易出現(xiàn)電流堵塞的問(wèn)題，這將導(dǎo)致二極管組件工作效率變差。

石墨烯是由一層或多層所構(gòu)成的二維材料，它具有高透光性(＞97％)和低電阻率(～10^-6Ωcm)的特性，在氮化鎵基二極管組件的應(yīng)用上，常取代ITO作為P型半導(dǎo)體端的透明導(dǎo)電層，如何將石墨烯置于N型半導(dǎo)體端，提高N型半導(dǎo)體端的橫向電流擴(kuò)散，解決傳統(tǒng)氮化鎵基二極管組件中在N型氮化鎵層的電流阻堵塞問(wèn)題，是目前普遍存在的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型的目的在于改善氮化鎵基光電器件的外延結(jié)構(gòu)而提升N型半導(dǎo)體端的橫向電流擴(kuò)散能力，從而解決氮化鎵基二極管組件中N型氮化鎵層的電流阻堵塞問(wèn)題，提供一種具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件外延結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件外延結(jié)構(gòu)，包括襯底，所述襯底自下至上依次層狀疊加的設(shè)置氮化物緩沖層、非故意摻雜氮化鎵層和第一N型氮化鎵層；再在第一N型氮化鎵層的基礎(chǔ)上，在第一N型氮化鎵層一側(cè)表面上再次自下至上依次層狀疊加的設(shè)置有源層、P型氮化鎵層、ITO導(dǎo)電層和P電極；在第一N型氮化鎵層另一側(cè)表面上設(shè)置與P電極絕緣的N電極；所述非故意摻雜氮化鎵層與第一N型氮化鎵層之間還設(shè)有便于電子橫向傳導(dǎo)的石墨烯層。

優(yōu)選地，所述石墨烯層與所述非故意摻雜氮化鎵層之間還設(shè)有便于電子在下層橫向傳導(dǎo)的第二N型氮化鎵層。

優(yōu)選地，所述襯底為藍(lán)寶石基板。

優(yōu)選地，所述藍(lán)寶石基板為圖樣化基板。

優(yōu)選地，所述石墨烯層厚度為0.3～10奈米。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型主要應(yīng)用于氮化鎵基二極管的制備，將石墨烯置于N型半導(dǎo)體端，加大N型半導(dǎo)體端的橫向電流擴(kuò)散，解決現(xiàn)有氮化鎵基二極管組件中在N型氮化鎵層的電流阻堵塞問(wèn)題。

其氮化鎵基二極管結(jié)構(gòu)由下至上包括藍(lán)寶石基板、氮化物緩沖層、非故意摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、有源層和P型氮化鎵層，且另有一石墨烯層置于非故意摻雜氮化鎵層和N型氮化鎵層之間或是N型氮化鎵層之中；與現(xiàn)有氮化鎵基二極管結(jié)構(gòu)相比，加入石墨烯層有助于電子在N型氮化鎵中的橫向傳導(dǎo)，可改善傳統(tǒng)氮化鎵基二極管在N型氮化鎵層的電流阻堵塞(current blocking)問(wèn)題；且和傳統(tǒng)將石墨烯層置于藍(lán)寶石基板上的方式相比，更適合用于和現(xiàn)今大量采用的圖樣化基板技術(shù)相匹配，由于圖樣化基板的圖樣高低起伏在1微米以上，而石墨烯層的厚度不過(guò)在數(shù)奈米，傳統(tǒng)將石墨烯層置于基板上的方式在使用圖樣化基板時(shí)將遇到很大的挑戰(zhàn)，該外延結(jié)構(gòu)將石墨烯層置于表面平坦的非故意摻雜氮化鎵層之上或是N型氮化鎵層之中，故十分容易和現(xiàn)今大量采用的圖樣化基板技術(shù)相匹配。

【附圖說(shuō)明】

圖1是現(xiàn)有氮化鎵基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一氮化鎵基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二氮化鎵基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

一種具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件外延結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于氮化鎵基二極管的制備，如圖2所示，包括襯底1，該襯底1為藍(lán)寶石基板，且藍(lán)寶石基板為圖樣化基板；所述襯底1自下至上依次層狀疊加的設(shè)置氮化物緩沖層2、非故意摻雜氮化鎵層3和第一N型氮化鎵層4；再在第一N型氮化鎵層4的基礎(chǔ)上，在第一N型氮化鎵層4一側(cè)表面上再次自下至上依次層狀疊加的設(shè)置有源層5、P型氮化鎵層6、ITO導(dǎo)電層7和P電極8；在第一N型氮化鎵層4另一側(cè)表面上設(shè)置與P電極8絕緣的N電極9；該非故意摻雜氮化鎵層3與第一N型氮化鎵層4之間還設(shè)有便于電子橫向傳導(dǎo)的石墨烯層10，該石墨烯層10厚度為0.3～10奈米。

該實(shí)施例的具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法，主要應(yīng)用于氮化鎵基二極管的制備，如圖2所示，包括以下步驟：

步驟一，將藍(lán)寶石基板1置入外延層成長(zhǎng)腔體中，通過(guò)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀方法，在藍(lán)寶石基板1的上表面上生長(zhǎng)外延層，所述外延層生長(zhǎng)過(guò)程依次為：在藍(lán)寶石基板1表面生長(zhǎng)氮化物緩沖層2和非故意摻雜氮化鎵層3；

步驟二，降溫到低于80攝氏度，取出外延片，將采用銅薄片化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的石墨烯層10，表面上涂布聚合物作為支撐層，再將此支撐層置于外延層上，然后先使用化學(xué)溶劑腐蝕掉銅薄片，再使用有機(jī)溶劑去除聚合物層，如此便將聚合物上的石墨烯層10轉(zhuǎn)移至外延層上；

步驟三，將外延片再次置于外延層成長(zhǎng)腔體中，完成后續(xù)第一N型氮化鎵層4、有源層5和P型氮化鎵層6的成長(zhǎng)；

步驟四，將完成外延結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)的氮化鎵基二極管外延片完成芯片制程。

該實(shí)例中，將石墨烯層置于非故意摻雜氮化鎵層3和第一N型氮化鎵層4之間，與現(xiàn)有氮化鎵基二極管結(jié)構(gòu)相比，加入石墨烯層4有助于電子的橫向傳導(dǎo)，可改善傳統(tǒng)氮化鎵基二極管在N型氮化鎵層的電流阻堵塞(current blocking)問(wèn)題；且和傳統(tǒng)將石墨烯層置于藍(lán)寶石基板上的方式相比，更適合用于和現(xiàn)今大量采用的圖樣化基板技術(shù)相匹配，由于圖樣化基板的圖樣高低起伏在1微米以上，而石墨烯層的厚度不過(guò)在數(shù)奈米，傳統(tǒng)將石墨烯層置于基板上的方式在使用圖樣化基板時(shí)將遇到很大的挑戰(zhàn)，該外延結(jié)構(gòu)將石墨烯層置于表面平坦的非故意摻雜氮化鎵層之上，故十分容易和現(xiàn)今大量采用的圖樣化基板技術(shù)相匹配。

實(shí)施例二

如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，在石墨烯層10與非故意摻雜氮化鎵層3之間還設(shè)有便于電子在下層橫向傳導(dǎo)的第二N型氮化鎵層11，即將石墨烯層10置于上下兩層的第一N型氮化鎵層4和第二N型氮化鎵層11之中，加入的石墨烯層4更有助于電子的橫向傳導(dǎo)。

該實(shí)施例的具有石墨烯層的氮化鎵基光電器件的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，主要應(yīng)用于氮化鎵基二極管的制備，如圖3所示，包括以下步驟：

步驟一，將藍(lán)寶石基板1置入外延層成長(zhǎng)腔體中，通過(guò)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀方法，在藍(lán)寶石基板1的上表面上生長(zhǎng)外延層，所述外延層生長(zhǎng)過(guò)程依次為：在藍(lán)寶石基板1表面生長(zhǎng)氮化物緩沖層2、非故意摻雜氮化鎵層3和第二N型氮化鎵層11；

步驟二，降溫到低于80攝氏度，取出外延片，將采用銅薄片化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的石墨烯層4，表面上涂布聚合物作為支撐層，再將此支撐層置于外延層上，然后先使用化學(xué)溶劑腐蝕掉銅薄片，再使用有機(jī)溶劑去除聚合物層，如此便將聚合物上的石墨烯層4轉(zhuǎn)移至外延層上；

步驟三，將外延片再次置于外延層成長(zhǎng)腔體中，完成后續(xù)第一N型氮化鎵層4、有源層5和P型氮化鎵層6的成長(zhǎng)；

步驟四，將完成外延結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)的氮化鎵基二極管外延片完成芯片制程。

該實(shí)施例中，石墨烯層4置于上下兩層的第一N型氮化鎵層4和第二N型氮化鎵層11之中，加入的石墨烯層4更有助于電子的橫向傳導(dǎo)，更加有效改善傳統(tǒng)氮化鎵基二極管在N型氮化鎵層的電流阻堵塞(current blocking)問(wèn)題，更適合用于和現(xiàn)今大量采用的圖樣化基板技術(shù)相匹配。

以上所述實(shí)施例只是為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非以此限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，除了具體實(shí)施例中列舉的情況外；凡依本實(shí)用新型之形狀、構(gòu)造及原理所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。