[发明专利]一种MOCVD方式自组装生长GaAs纳米结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaAs纳米结构制备的一种方法，是利用MOCVD技术在GaAs衬底上自组装生长GaAs纳米结构，属于半导体材料技术领域。

背景技术

半导体元素硅(Si)已经在微电子领域得到广泛的应用，是微电子产业发展的基础。然而Si本身存在致命的弱点，使得它在光电子器件的应用方面给受到了很大的限制。

III-V族的GaAs被认为是继Si之后的第二代半导体材料。砷化镓化学式为GaAs，禁带宽度1.4电子伏。黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。砷化镓其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。另外，由于它是一个直接带隙跃迁的半导体，适合于制备光电子器件，因此比硅基材料有更大的应用范围。但是，以目前的技术还不能对其进行大批量生产。而且，以往制备GaAs纳米结构的方法都比较复杂。

发明内容

针对背景技术中提出的问题，本发明采用了金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaAs纳米结构，方法简单，容易实现。在真空反应室中，用GaAs做衬底，并对衬底高温加热，当达到一定温度(700℃-1200℃)时，衬底GaAs被分解，As气化，留下单质Ga纳米结构。同时我们通入As有机源，真空反应室中As的浓度越来越大，当As的浓度达到一定值时，以自组装形式As与Ga又重新结合，形成GaAs纳米结构。在这里我们用氮气(N2)作为载气。通入氩气(Ar)作为保护气，防止As在气化时生成氯化砷，也防止单质Ga被氧化。这种方法可以大量生长GaAs材料。由于GaAs未完全热分解，因此生长速率不是单一的，受源分子传输速率的控制，还受到源分解率的影响，生长机制属于“动力学控制机制”。

同时，本发明生长过程属V-S机制。As气体直接固化，无液相生成，中间杂质少，所得纳米结构更为纯净。而且此种方法简单易行。

具体实施方式

1、用GaAs体材料做为反应源。在真空反应室中，将其放置在基座上；

2、预抽真空，对衬底进行热处理10分钟，保持基座旋转；

3、通入保护气氩气(Ar)，高温加热衬底，升到所需生长温度，衬底GaAs发生热分解，As变成气体跑出到，并存在在真空反应室中，衬底上留下纳米结构Ga单质。保护气可以防止Ga单质被氧化；

4、通入As源，用有机化合物叔丁基砷(TBAs)作为As源，用氮气作为载气，将As单质输运到反应室中。反应室中的As气浓度越来越大，达到一定值时，使系统迅速降温，这时，As单质又与Ga单质重新自组装结合，生成具有纳米结构的GaAs；

5、生长结束后，关闭加热器，让它自然降温。当温度下降至150左右时，停止通入气体。打开放气阀，使真空室内气压增大到常压。取出样品保存。