[发明专利]二维氮化镓晶体的制备方法

说明书

本发明揭示了一种二维氮化镓晶体的制备方法，所述制备方法包括：S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；S2、将二维硒化镓或二维硫化镓晶体置于等离子体发生装置的真空腔室中，并通入氮源使二维硒化镓或二维硫化镓晶体发生氮化反应，用氮原子替换硒原子或硫原子，得到二维氮化镓晶体。本发明通过对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行氮化，用氮原子替换硒化镓中的硒原子或硫化镓中的硫原子，可以实现二维氮化镓的低温生长，且可以控制氮化镓的生长厚度，生长出来的氮化镓结晶性好且高度平整，为高性能器件的制备奠定了良好的基础。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种二维氮化镓晶体的制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)是第三代氮化物半导体中的一种，是一种直接带隙半导体，其禁带宽度有3.4eV，具有诸多优良特性，如高热传导率、高击穿电场、高峰值速率、高饱和速率等特点。氮化镓在国防、航天、电信基础设施和卫星通信等多领域都有着许多重要的应用。

二维材料的材料本身也具有诸多优势，首先，其应用到器件中可以使器件尺寸更小，缺陷更少；其次，其柔性和出色的抗拉伸能力，可以做柔性电路材料；第三，其极薄的特性可用于做透明器件。二维氮化镓不仅具有以上特点，而且相比于体状氮化镓，其晶格常数变得更大，带隙蓝移，从而使得其击穿电场强度变大，增加了器件的耐压能力，器件输出功率得以提高；且量子限域效应也使得二维氮化镓有理想的深紫外发光、电输运特性。

二维氮化镓具有如此优良的性能，使其在众多领域有着广阔的应用前景。生长高质量二维氮化镓材料是制备高性能器件的基础，但目前二维氮化镓生长主要面临的问题有三个：

1、二维氮化镓生长过程一般采用限域生长的方法，如在石墨烯和碳化硅衬底中间生长二维氮化镓。这种方法生长的二维氮化镓会和衬底成键，使最终生长的氮化镓难以剥离，难以进行接下来的表征；

2、二维氮化镓的生长过程中容易发生SP³杂化，目前采用液态合金法生长二维氮化镓容易在氮化镓表C面方向不断长厚，导致体相生长；

3、二维氮化镓的表征也是十分困难，即便长出来二维氮化镓，由于其极薄的特点，且理论计算其带隙是间接带隙，也很难用现有的表征手段找到这样的材料。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种二维氮化镓晶体的制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二维氮化镓晶体的制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种二维氮化镓晶体的制备方法，所述制备方法包括：

S1、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体；

S2、将二维硒化镓或二维硫化镓晶体置于等离子体发生装置的真空腔室中，并通入氮源使二维硒化镓或二维硫化镓晶体发生氮化反应，用氮原子替换硒原子或硫原子，得到二维氮化镓晶体。

一实施例中，所述步骤S2中的氮源为裂解的氮气和/或裂解的氨气。

一实施例中，所述等离子体发生装置的射频功率为100W～400W，射频频率为200～500kHz。

一实施例中，所述步骤S2中氮化反应的反应温度为600℃～800℃，反应时间为0.1h～5h，氮源的流量为0.1sccm～5sccm。

一实施例中，所述步骤S2中氮化反应前还包括：

对二维硒化镓或二维硫化镓晶体进行加热预处理，在不同的加热温度下去除二维硒化镓或二维硫化镓晶体表面的有机物、水汽、碳原子及金属杂质原子中的一种或多种。

一实施例中，所述步骤S1包括：

S11、制备二维硒化镓或二维硫化镓晶体并转移至转移衬底上；