[发明专利]Ⅲ族氮化物纳米材料的生长方法

权利要求书

1.一种III族氮化物纳米材料的生长方法，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上依次外延生长GaN模板、SiO₂层和Ni金属膜；

步骤2：采用两步快速热退火方法，使Ni金属膜形成自组织的纳米尺寸Ni颗粒；

步骤3：用自组织的纳米尺寸Ni颗粒作掩模，采用干法刻蚀SiO₂层，形成SiO₂纳米柱；

步骤4：用自组织的纳米尺寸Ni颗粒以及刻蚀形成的SiO₂纳米柱做作掩模，采用干法刻蚀GaN模板，形成GaN纳米柱阵列；

步骤5：用BOE溶液去除SiO₂纳米柱以及其上的纳米尺寸Ni颗粒，得到GaN纳米柱阵列；

步骤6：在GaN纳米柱阵列上及其侧壁和纳米柱阵列的底部生长InN或InGaN III族氮化物半导体材料。

2.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的衬底的材料为：蓝宝石、GaN、Si、GaAs、SiC或LiAlO₂。

3.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的采用干法刻蚀GaN模板，形成GaN纳米柱阵列，刻蚀深度小于GaN模板的厚度。

4.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的用于法刻蚀SiO₂层，形成SiO₂纳米柱，其刻蚀深度为SiO₂层的厚度。

5.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的III族氮化物半导体材料包括：GaN、AlN或InN及由它们组成的三元或者多元化合物。

6.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的使Ni金属膜4形成自组织的纳米尺寸Ni颗粒的两步快速热退火方法为：第一步在750至900℃的温度下，N₂气氛中，快速热退火30秒至5分钟，然后降温至200至400℃下，N₂气氛中，退火15至45分钟。

7.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的形成SiO₂纳米柱的方法为：电感耦合等离子体反应离子刻蚀。

8.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的形成GaN纳米柱阵列的方法为：电感耦合等离子体的干法刻蚀方法。

9.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的生长III族氮化物半导体材料的生长方法包括：MOCVD、MBE和HVPE。

10.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的GaN纳米柱阵列，是n型材料或是p型材料或是本征材料。

11.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的III族氮化物半导体材料，是n型材料或p型材料或是本征材料。

12.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的生长III族氮化物半导体材料的生长条件包括：GaN纳米柱阵列在N₂气氛中300℃热处理10分钟左右，然后在N₂/NH₃混合气氛中700℃热处理10分钟。

13.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的III族氮化物半导体材料的生长条件包括：使用MOCVD或MBE系统在GaN纳米柱阵列上异质外延III族氮化物半导体材料的生长温度为400至1200℃。

14.根据权利要求1所述的III族氮化物纳米材料的生长方法，其中所述的生长III族氮化物半导体材料的生长条件包括使用MOCVD或MBE系统在GaN纳米柱上异质外延III族氮化物半导体材料的生长时反应室压力为100Torr至760Torr。