[发明专利]一种同质外延生长氮化镓的方法、氮化镓材料及应用

说明书

本发明公开了一种同质外延生长氮化镓的方法,其包括：提供氮化镓衬底；在所述衬底上转移或直接生长作为插入层的单层石墨烯；同质外延生长氮化镓。本发明以单层石墨烯为插入层同质外延生长氮化镓，可以获得大尺寸同质外延氮化镓单晶材料，并且生长的氮化镓容易实现机械剥离，剥离后的衬底可以反复使用。

技术领域

本发明涉及一种同质外延生长氮化镓的方法，具体涉及一种采用单层石墨烯作为插入层，同质外延生长氮化镓的方法，以及生长获得的氮化镓材料及其应用，属于半导体光电材料和器件技术领域。

背景技术

2004年，英国科学家发现了由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，C-C间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。在石墨烯中，每个碳原子通过很强的σ键(自然界中最强的化学键)与其他3个碳原子相连接，这些很强的C-C键致使石墨烯片层具有及其优异的力学性质和结构刚性。碳原子有4个价电子，每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成π轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。但这些面外离位的π键与相邻层内的π键的层间相互作用远远小于一个σ键，即片层间的作用力较弱，因此石墨间很容易互相剥离，形成薄的石墨片。

在石墨烯上外延生长半导体材料，可以利用石墨烯层间比较弱范德华力，实现半导体材料的机械剥离并转移到任意衬底上，从而实现柔性的、可转移的光电子器件。然而，由于石墨烯表面缺乏悬挂键，直接外延生长存在困难，而且生长的半导体材料存在大量晶界、层错、位错等，缺陷密度远高于可应用于常规器件的材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同质外延生长氮化镓的方法、氮化镓材料及应用，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种同质外延生长氮化镓的方法，其包括：

提供氮化镓衬底；

在所述氮化镓衬底上设置作为插入层的单层石墨烯；

在载有所述单层石墨烯的衬底上同质外延生长氮化镓材料。

本发明实施例还提供了一种氮化镓材料，其包括：

氮化镓衬底，

设置在所述氮化镓衬底上的、作为插入层的单层石墨烯，以及

在所述单层石墨烯上生长形成的氮化镓单晶材料；

其中，所述单层石墨烯的厚度满足如下条件，即：能够使所述氮化镓单晶材料与所述氮化镓衬底之间通过氮化镓的共价键作用配合。

本发明实施例还提供了前述的方法或氮化镓材料于制备半导体装置中的用途。

较之现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明采用了氮化镓或氮化镓模板为衬底，转移或直接生长单层石墨烯，以单层石墨烯为插入层，同质外延生长氮化镓，可以获得大尺寸同质外延氮化镓单晶材料；并且由于中间存在石墨烯，利用石墨烯的范德瓦尔斯力，使其上生长的氮化镓容易实现机械剥离，剥离后的衬底可以反复使用。

2)生长氮化镓及LED结构后，可以采用机械剥离获得可转移的、柔性的氮化镓LED材料；或者生长较厚的氮化镓厚膜，也可以采用机械剥离获得自支撑氮化镓衬底。

附图说明

图1示出了本发明一典型实施例中以单层石墨烯为插入层同质外延生长的氮化镓单晶材料的结构示意图。