CN109979802B - 高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备方法及应用 - Google Patents

高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备方法及应用。在一典型实施例中，所述的制备方法包括：在作为衬底的p型半导体材料上依次生长过渡金属氮化物、氮化硼或石墨；以及，对所获的氮化硼或石墨/过渡金属氮化物复合结构材料进行高温退火，使氮化硼中的硼元素或石墨中的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。本发明过渡金属氮化物材料的制备工艺简单高效、便于调控，易于大规模实施，同时所获过渡金属氮化物材料的功函数较之现有技术有显著提高，而且该功函数还是可以方便调控的，能最大限度的实现过渡金属氮化物与P型宽带隙半导体材料的功函数的匹配，具有广泛的应用前景。

Description

高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备方法及应用
技术领域
本申请涉及一种过渡金属氮化物材料，特别是一种具有高功函数且功函数可调的过渡金属氮化物材料，其制备方法及应用，属于材料科学领域。
背景技术
对于半导体器件，特别是半导体光电子器件来说，低欧姆接触电阻是实现高性能器件的基础。对于n型材料来说，所需要的金属功函数应小于半导体的功函数。在元素周期表中，有很多金属可以实现这一点。相比之下，实现P型宽禁带半导体的欧姆接触则要困难得多，因为需要具有较大功函数的金属。现有金属中功函数最大的就是Pt，但其功函数也只有5.65eV，这远小于宽禁带p型氮化物半导体材料的功函数(功函数大于6.5eV)，因此要达到真正的“欧姆”接触是很困难的。因此，靠单一金属或多组分金属进行功函数调节的能力有限。而且随着器件向着高温、大功率的方向发展，在获得低阻欧姆接触的同时提高其热稳定性也至关重要。过渡金属氮化物是一类陶瓷材料，具有耐高温的性质，而且其组分随着生长工艺参数的变化而变化，因此其电学、光学性质也会随着生长工艺参数的变化而变化，并且具有金属性的过渡金属氮化物具有很好的导电性。目前，有关过渡金属氮化物薄膜的报道有很多，在电学应用方面常作为金属接触机制中的垒层，或直接作为欧姆接触层，以提高欧姆接触的稳定性和可靠性。据报道，将TiN、ZrN作为n-GaN材料的欧姆接触层或者金属接触层中的垒层，能获得10^(-5)-10^(-6)Ω·cm^2的接触电阻率，而且由此实现的欧姆接触能承受750℃以上的高温(B.P.Luther,S.E.Mohney,et al.,Semicond.Sci.Technol.,1998,13:1322–1327；S.E.Mohney,B.P.Luther et al.,International High TemperatureElectronics Conference,1998,134-137；L.F.Voss,L.Stafford et al.,ECSTransactions,2007,6(2):191-199)。过渡金属氮化物在P型半导体接触中的应用也有相关报道。L.F.Voss等人利用TiN、ZrN、TaN作为P-GaN欧姆接触的扩散垒层，即在Ni/Au/Ti/Au之间插入TiN、ZrN、TaN，变成Ni/Au/(TiN或ZrN或TaN)/Ti/Au接触，研究表明插入势垒层后，在N2气氛下，700℃下退火1分钟，获得了2×10^(-4)Ω·cm^2的接触电阻率，直到退火温度达到1000℃，其接触性能仍然保持稳定(L.F.Voss,L.Stafford et al.,Appl.Phys.Lett.,2007,90(21):2107)。然而，过渡金属氮化物的功函数低，文献报道的TiN的功函数仅为3.74eV,其与P-GaN接触形成的是肖特基接触(C.A.Dimitriadis,Th.Karakostas et al.,Solid-State Electronics,1999,43:1969-1972)。而其他的过渡金属氮化物如ZrN、HfN、TaN等的功函数也比较低，一般都小于5eV,因此也难与宽禁带的P型半导体材料形成欧姆接触。另外，仅通过工艺参数的变化改变其组分，从而导致其功函数的变化范围也非常有限。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一类高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：
本申请实施例提供了一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料，其包括过渡金属氮化物基材以及掺杂于所述基材内的掺杂元素，所述掺杂元素包括B或C。
进一步地，所述过渡金属氮化物材料中B或C元素的掺杂浓度≦50％。
进一步地，所述过渡金属氮化物材料的功函数大于5eV，优选大于6.5eV。
进一步地，其中的过渡金属选自Ti、Zr、Ta、Cr或Hf。
本申请实施例还提供了一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料的制备方法，其包括：
在作为衬底的p型半导体材料上生长过渡金属氮化物，
在所述过渡金属氮化物上生长氮化硼或石墨，以及
对所获的氮化硼或石墨/过渡金属氮化物复合结构材料进行高温退火，退火温度为600-700℃，退火时间大于0而≦1h，使氮化硼中的硼元素或石墨的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
进一步地，所述p型半导体为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料。
进一步地，所述过渡金属氮化物包括TiN、ZrN、TaN、CrN或HfN。
在一些实施方案中，所述的制备方法包括：通过调整所述过渡金属氮化物的生长工艺参数、所述氮化硼或石墨的生长工艺参数、所述高温退火的工艺参数中的至少一种，从而调整所述过渡金属氮化物材料的功函数。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：对衬底表面进行清洁处理后，再进行过渡金属氮化物的生长。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：对衬底进行热处理后，再进行过渡金属氮化物的生长。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：去除衬底表面的氧化层后，再进行过渡金属氮化物的生长。
本申请实施例还提供了一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料的制备方法，其具体包括步骤：
提供p型半导体材料作为衬底；
将表面清洁的衬底置入脉冲激光沉积设备的外延室，并对外延室抽真空，获得高的本底真空(真空度达到10-6Pa)；
将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度；
向所述外延室内通入N2气，直至达到所需的气压；
在衬底上进行过渡金属氮化物薄膜的生长；
关闭N2气，向所述外延室内通入惰性气体至达到所需的气压；
在过渡金属氮化物薄膜上生长氮化硼薄膜或石墨；
对所获的包含氮化硼薄膜和过渡金属氮化物薄膜的复合结构材料进行高温退火，使氮化硼中的硼元素或石墨中的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：对衬底进行热处理后，再进行过渡金属氮化物的生长。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：去除衬底表面的氧化层后，再进行过渡金属氮化物的生长。
进一步地，所述p型半导体为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料。
本申请实施例还提供了由前述任一种制备的高功函数可调的过渡金属氮化物材料，其功函数大于5eV，优选大于6.5eV。
本申请实施例还提供了所述高功函数可调的过渡金属氮化物材料于制备半导体装置、电子器件、光电子器件等之中的应用。
与现有技术相比，本发明通过生长过渡金属氮化物与氮化硼或石墨的复合结构材料的方式，并采用高温原位退火，利用热扩散实现硼元素或碳元素对过渡金属氮化物的掺杂，从而显著提高了过渡金属氮化物材料的功函数，而且该功函数随着工艺参数的变化是可调的，能最大限度的实现过渡金属氮化物与P型宽带隙半导体材料的功函数的匹配，同时实现掺杂的方式简单，工艺简洁，易于大规模实施。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为利用本申请一实施例的方法所生长的过渡金属氮化物薄膜的UPS功函数测试结果；
图2为利用本申请一实施例的方法所生长的过渡金属氮化物薄膜与P-GaN接触的I-V曲线。
具体实施方式
下面将对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
鉴于现有过渡金属氮化物存在的功函数低，难以与宽禁带的P型半导体材料形成欧姆接触等缺陷，本申请人经长期研究和实践，得以提出本申请的一类高功函数可调的过渡金属氮化物材料、其制备工艺及应用。本申请的具有高功函数且功函数可调的过渡金属氮化物材料可以为低阻热稳定的P型宽带隙半导体欧姆接触的实现提供一可靠的化合物导电材料，例如电极材料。
本申请实施例提供的一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料包括过渡金属氮化物基材以及掺杂于所述基材内的掺杂元素，所述掺杂元素包括B或C。
进一步地，所述过渡金属氮化物材料的功函数大于5eV，优选大于6.5eV。
进一步地，其中的过渡金属选自Ti、Zr、Ta、Cr或Hf。
进一步地，其中B或C元素的掺杂浓度≦50％(原子百分比浓度)。
本申请实施例提供的一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料的制备方法包括：
在作为衬底的p型半导体材料上生长过渡金属氮化物，
在所述过渡金属氮化物上生长氮化硼或石墨，以及
对所获的氮化硼或石墨/过渡金属氮化物复合结构材料进行高温退火，退火温度为600-700℃，退火时间大于0而≦1h，使氮化硼中的硼元素或石墨的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
进一步地，所述p型半导体为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料，优选如P-GaN等，但不限于此。
进一步地，所述过渡金属氮化物包括TiN、ZrN、TaN、CrN或HfN等，但不限于此。
在一些实施方案中，所述的制备方法包括：采用脉冲激光沉积工艺生长形成所述过渡金属氮化物和所述氮化硼或石墨。
在一些实施方案中，所述的制备方法包括：通过调整所述过渡金属氮化物的生长工艺参数、所述氮化硼或石墨的生长工艺参数、所述高温退火的工艺参数中的至少一种，从而调整所述过渡金属氮化物材料的功函数。
在一些实施方案中，所述的制备方法具体包括步骤：
对衬底表面进行清洁处理，
对衬底进行热处理，
将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物所需温度，
去除衬底表面的氧化层，
在衬底表面依次生长过渡金属氮化物、氮化硼或石墨。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法具体包括：使衬底以5-10℃/min的升温速率升温至600-650℃并保温，保温时间大于0而≦1h，完成对衬底的热处理，进一步除去衬底表面的有机污染物，并对衬底表面进行修复。
在一些实施方案中，所述的制备方法包括：利用Ar等离子体对衬底表面进行预处理以去除所述的氧化层。
本申请实施例提供的一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料的制备方法包括步骤：
提供p型半导体材料作为衬底；
将表面清洁的衬底置入脉冲激光沉积设备的外延室，并对外延室抽真空，获得高的本底真空(真空度达到10-6Pa)；
将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度；
向所述外延室内通入N2气体，直至达到所需的气压；
在衬底上进行过渡金属氮化物薄膜的生长；
关闭N2气，向所述外延室内通入惰性气体至达到所需的气压；
在过渡金属氮化物薄膜上生长氮化硼薄膜或石墨；
对所获的包含氮化硼薄膜或石墨和过渡金属氮化物薄膜的复合结构材料进行高温退火，使氮化硼中的硼元素或石墨中的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法具体包括：使衬底以5-10℃/min的升温速率升温至600-650℃并保温，保温时间大于0而≦1h，完成对衬底的热处理，之后将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：在将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度后，还利用脉冲激光沉积设备自带的放电装置产生Ar等离子体，且以所述Ar等离子体对衬底表面进行预处理以去除表面的氧化层，之后关闭所述的放电装置及Ar气。
在一些实施方案中，所述的制备方法还包括：在衬底上生长过渡金属氮化物薄膜之前，先对过渡金属氮化物靶材进行预溅射。
进一步地，所述过渡金属氮化物包括TiN、ZrN、TaN、CrN或HfN等，但不限于此。
优选地，所述过渡金属氮化物薄膜的厚度在100nm以下。
优选地，所述过渡金属氮化物薄膜的生长温度600-650℃。
优选地，所述过渡金属氮化物薄膜生长时的N2气压在10Pa以下。
优选地，所述氮化硼薄膜或石墨的厚度在20nm以下。
优选地，所述氮化硼薄膜或石墨的生长温度为600-650℃。
优选地，所述氮化硼薄膜或石墨生长时的Ar气压在30Pa以下。
进一步地，所述p型半导体为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料，优选如P-GaN等。
在本申请的一些较为具体的实施案例中，一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法包括如下步骤：
步骤1：选取一P型半导体材料(Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体，优选为P-GaN)为衬底，分别用丙酮、乙醇、去离子水等对该P型半导体材料衬底进行超声清洗(当然也可以替代为本领域已知的其它清洗方式)，然后用N2将衬底吹干；
步骤2：将所述衬底放入脉冲激光沉积设备的外延室中，对外延室抽真空，获得高的本底真空；
步骤3：以5-10℃/min的升温速度进行衬底升温，在600-650℃对衬底进行热处理，然后或升温或降温达到所需的衬底生长温度；
步骤4：生长前利用脉冲激光沉积设备自带的放电装置产生Ar等离子体，对衬底表面进行预处理以去除表面的氧化层；
步骤:5：关闭放电装置，关闭Ar，将N2气体通入外延室，达到所需的反应室压强；
步骤6：放下衬底前的挡板，开启激光器对过渡金属氮化物靶材进行预溅射；
步骤7：移开挡板，在衬底上进行一定厚度的过渡金属氮化物薄膜的生长；
步骤8：关闭N2气体，在同一反应室中通入Ar，达到所需的压强，接着进行一定厚度的氮化硼薄膜的生长；
步骤9：对所生长的样品进行高温原位退火；
步骤10：降温，待温度降到室温，取出样品。
在一些实施案例中，前述步骤2或步骤4中所述的脉冲激光沉积设备，其激光器为波长为248nm的KrF准分子激光器，激光脉冲宽度约为25ns，最大脉冲重复频率约为10HZ。
前述步骤7中所述的过渡金属氮化物薄膜优选地为TiN、ZrN，呈现金属性，其薄膜厚度在100nm以下，生长温度为600-650℃，N2气压在10Pa以下。
前述步骤8中所述氮化硼薄膜的厚度在20nm以下，生长温度为600-650℃，Ar气压在30Pa以下。其中，通过改变步骤8中氮化硼薄膜的生长气压，可以实现过渡金属氮化物薄膜功函数的调节。另外，本申请的前述实施例中，过渡金属氮化物材料的功函数还随着工艺参数例如气压、温度、激光能量、频率的变化是可调的，因而能最大限度的实现与P型宽带隙半导体材料的功函数的匹配。
本发明的前述实施例中，通过对所生长的过渡金属氮化物薄膜/氮化硼薄膜双层膜进行所述的高温原位退火，通过高温退火利用热扩散实现硼元素对过渡金属氮化物薄膜的掺杂，从而显著提高过渡金属氮化物薄膜的功函数，工艺简单可控，成本低，利于大规模实施，且能有效保障产物的品质和性能。
在前述的实施例中，氮化硼薄膜还可被替代为石墨等，并同样可以获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
本申请实施例提供的由前述任一种方法制备的高功函数可调的过渡金属氮化物材料的功函数大于5eV，优选大于6.5eV。
本申请实施例还提供了所述高功函数可调的过渡金属氮化物材料于制备半导体装置、电子器件、光电子器件等之中的应用。
例如，本申请实施例提供了一种装置，包含半导体材料以及所述的高功函数可调的过渡金属氮化物材料，所述过渡金属氮化物材料与半导体材料形成欧姆接触。
进一步地，所述半导体材料包括P型宽带隙半导体材料，优选为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料，尤其优选为P-GaN等。
进一步地，所述的装置包括电子装置或光电子装置。
进一步地，在所述的装置中，所述的高功函数可调的过渡金属氮化物材料可以被应用于制作电极等。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：本实施例涉及的一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法包括如下具体步骤：
步骤1：采用P-GaN材料，空穴浓度约为6×1016cm-3，分别用丙酮、乙醇、去离子水对该P-GaN材料进行超声清洗，然后用N2将其吹干；
步骤2：将所述衬底放入脉冲激光沉积设备的外延室中，对外延室抽真空，获得约10-6Pa的高本底真空；
步骤3：以约10℃/min的升温速度进行衬底升温，在约600℃对衬底进行热处理，热处理时间约为1h，然后升温到约650℃；
步骤4：生长前利用脉冲激光沉积设备自带的放电装置产生Ar等离子体(功率约为0.2～0.4W)，对衬底表面进行溅射以去除表面的氧化层；
步骤:5：关闭放电装置，关闭Ar，将N2通入外延室，流量约为20sccm，达到的反应室压强约为3Pa；
步骤6：放下衬底前的挡板，开启激光器，激光器能量在250-500mJ，激光脉冲频率为1-2HZ，对氮化钛靶材进行预溅射，溅射时间约为5-10min，以去除表面的氧化层及其他污染物；
步骤7：移开挡板，进行氮化钛(TiN)薄膜的生长，生长时间约为20min，厚度约为20nm；
步骤8：关闭N2气体，在同一反应室中通入Ar，气压约为7Pa，沉积温度依然约为650℃，通过溅射氮化硼靶材进行氮化硼薄膜的生长，生长时间为20min；
步骤9：对所生长的样品进行高温原位退火，温度约为650℃，Ar气压约为16Pa，退火时间约为1h；
步骤10：降温，待温度降到室温，取出样品，标记为样品1。
以及，在保持其它操作及工艺条件均不变的情况下，改变步骤9中的Ar气压为7Pa，进行样品2的生长。
样品1、2生长完成后，利用紫外光电子谱(UPS)对其功函数进行测试，测试结果如图1所示，经计算获得样品1、2号的功函数分别为10.1eV，6.9eV。由测试结果可以看出：采用本实施例生长的TiN薄膜具有高的功函数，而且该TiN薄膜的功函数随着氮化硼薄膜生长气压的变化而变化，更重要的是利用该方法生长的TiN薄膜呈现金属性，其在作为电极时可以与P-GaN呈现线性接触，功函数越高，接触的线性越好，如图2所示。说明利用本申请的方法实现了B元素对TiN的掺杂，获得了高功函数的且功函数可调的金属性的TiN薄膜。经过工艺步骤的优化，有望与P型宽带隙半导体材料进行功函数的匹配，获得真正的良好的欧姆接触，而且掺杂过程简单易操作。
实施例2：本实施例涉及的一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法包括如下具体步骤：
步骤1：与实施例相同；
步骤2：与实施例相同；
步骤3：以约5℃/min的升温速度进行衬底升温，在约650℃对衬底进行热处理，热处理时间约为1h，然后降温到约600℃；
步骤4：与实施例相同；
步骤:5：与实施例相同；
步骤6：放下衬底前的挡板，开启激光器，激光器能量在250-500mJ，激光脉冲频率为1-2HZ，对氮化铬靶材进行预溅射，溅射时间约为5-10min，以去除表面的氧化层及其他污染物；
步骤7：移开挡板，进行氮化铬薄膜的生长，生长时间约为20min；
步骤8：关闭N2气体，在同一反应室中通入Ar，气压约为7Pa，沉积温度依然约为600℃，通过溅射氮化硼靶材进行氮化硼薄膜的生长，生长时间为20min；
步骤9：对所生长的样品进行高温原位退火，温度约为700℃，Ar气压约为20Pa，退火时间约为0.5h；
步骤10：降温，待温度降到室温，取出样品，即为CrN薄膜，其呈现金属性，功函数约7eV。
实施例3：本实施例涉及的一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法包括如下具体步骤：
步骤1：与实施例相同；
步骤2：与实施例相同；
步骤3：以约8℃/min的升温速度进行衬底升温，在约630℃对衬底进行热处理，热处理时间约为1h，然后维持该温度；
步骤4：与实施例相同；
步骤:5：与实施例相同；
步骤6：放下衬底前的挡板，开启激光器，激光器能量在250-500mJ，激光脉冲频率为1-2HZ，对ZrN靶材进行预溅射，溅射时间约为5-10min，以去除表面的氧化层及其他污染物；
步骤7：移开挡板，进行ZrN薄膜的生长，生长时间约为20min；
步骤8：关闭N2气体，在同一反应室进行石墨的生长，生长石墨的厚度约10nm；
步骤9：对所生长的样品进行高温原位退火，温度约为600℃，Ar气压约为10Pa，退火时间约为1h；
步骤10：降温，待温度降到室温，取出样品，即为ZrN薄膜，其呈现金属性，功函数也在6.5eV以上。
实施例4：本实施例涉及的一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法与实施例1、2基本相同，但采用的是HfN靶材。最终所得HfN薄膜样品的功函数也在6.5eV以上。
实施例5：本实施例涉及的一种高功函数可调的过渡金属氮化物薄膜的生长方法与实施例1、2基本相同，但采用的是TaN靶材。最终所得TaN薄膜样品的功函数也在6.5eV以上。
前述实施例获得的高功函数可调的过渡金属氮化物材料可以用于制备半导体装置、电子器件、光电子器件等，其中所述过渡金属氮化物材料可以与P-GaN等半导体材料形成良好的欧姆接触。
需要说明的是，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高功函数可调的过渡金属氮化物材料的制备方法，其特征在于包括步骤：
提供p型半导体材料作为衬底，所述p型半导体材料为Ⅲ族氮化物直接宽带隙半导体材料；
将表面清洁的衬底置入脉冲激光沉积设备的外延室，并对外延室抽真空，使其中的本底真空度达到10-6Pa；
将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度；
向所述外延室内通入N2气，直至达到所需的气压；
在衬底上进行过渡金属氮化物薄膜的生长，其中采用的生长温度为600-650℃、N2气压在10Pa以下，所述过渡金属氮化物薄膜的材质包括TiN、ZrN、TaN、CrN或HfN；
关闭N2气，向所述外延室内通入惰性气体至达到所需的气压；
在过渡金属氮化物薄膜上生长氮化硼薄膜或石墨，其中氮化硼薄膜的生长温度为600-650℃，且氮化硼薄膜或石墨生长时的Ar气压在30Pa以下，所述过渡金属氮化物薄膜的厚度在100nm以下，所述氮化硼薄膜或石墨的厚度在20nm以下；
对所获的包含氮化硼薄膜或石墨和过渡金属氮化物薄膜的复合结构材料进行高温退火，使氮化硼中的硼元素或石墨中的C元素热扩散至过渡金属氮化物中，从而获得高功函数可调的过渡金属氮化物材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：使衬底以5-10℃/min的升温速率升温至600-650℃并保温，保温时间大于0而≦1h，完成对衬底的热处理，之后将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：在将衬底温度调节至生长过渡金属氮化物薄膜所需的温度后，还利用脉冲激光沉积设备自带的放电装置产生Ar等离子体，且以所述Ar等离子体对衬底表面进行预处理以去除表面的氧化层，之后关闭所述的放电装置及Ar气。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：在衬底上生长过渡金属氮化物薄膜之前，先对过渡金属氮化物靶材进行预溅射。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述p型半导体材料包括P-GaN。
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