[发明专利]非极性面氮化镓纳米锥材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体的是涉及一种非极性面氮化镓纳米锥材料的制备方法。

背景技术

一维GaN纳米结构兼具GaN材料的优势和低维的特性，在介观物理和纳米器件中具有独特的应用，为人们研究物质的电学、热传导、机械等性能和维度的关系提供了一种理想的研究对象；同时，一维GaN纳米结构也可以在纳米尺度的电子、光电子器件的制作中起到互连和功能单元的作用，如可以用来制备发蓝光的LED和紫外纳米激光器等。由于这些独特的性能和十分诱人的应用前景，一维GaN纳米材料正成为氮化物领域研究的一个新的热点。

一维GaN纳米结构可以采用先进的纳米加工技术制备，例如电子束和聚焦粒子束直写以及X光、深紫外光刻等制备一维GaN纳米结构，但是这些“自上而下”的方法还存在诸如成本高，速度慢等许多不能实用化的问题。而采用直接物理、化学的合成工艺，通过“自下而上”的方法，则提供了一种大规模、廉价、便捷的制备一维纳米结构的技术途径。

1997年，清华大学采用碳纳米管限制GaN的生长，在国际上首次制备得到了一维GaN纳米结构。1999年，中科院固体物理所采用阳极氧化铝作为模版限制生长，得到了一维GaN纳米结构。2000年，哈佛大学的Liber课题组采用激光辅助的方法制备了单晶GaN纳米线。He等人采用在氨气氛围中直接蒸发金属镓，制备得到了大面积的线状和管状一维GaN纳米结构。2002年，韩国的Kim等人使用氢化物气相外延（HVPE）设备通过控制生长参数，在蓝宝石衬底上生长了GaN纳米棒阵列。现有报道的GaN纳米线制备方法中，大多数的小组还是采用Ni、In或Fe等金属作为催化剂使用化学气相沉积方法基于VLS（气液固）反应机制制备GaN纳米线。2001年，Chen等人尝试了采用In,Co,Ni,Fe等不同金属作为催化剂均生长得到GaN纳米线,并研究了不同实验生长参数对GaN纳米线形貌及性质的影响。Seryogin等人采用金属Ni作为催化剂，使用氢化物气相外延设备生长，为了防止生长过程中用到的HCl气体腐蚀催化剂金属Ni，他们在金属Ni表面蒸上了一层金属Au薄层作为保护，制备得到了GaN纳米线。Dai等人使用金属Ni作为催化剂，采用化学气相沉积的方法，在金属Ga源中加入了金属In作为表面活性剂，提高了所得到GaN纳米线的表面光滑度和结晶质量。

虽然目前报道的各种方法制备GaN纳米线已经取得了不小进展，但我们也看到所得到的纳米线材料制备距离较为理想的器件应用还有相当一段距离。为了便于纳米器件的制备，除了实现GaN纳米线表面光滑，结晶质量优异，长度、线径可控，能够低成本大规模的制备外，还应该实现所生长的GaN纳米线形成规则的阵列排列。此外，在常规的纳米线生长过程中经常使用金属作为催化剂，这就在纳米线材料中引入了金属杂质的污染，从而容易影响到后续制备的GaN纳米线器件的性能。因此，进一步改进工艺，简化GaN纳米材料制备工艺流程，探索不需要使用催化剂就能生长高质量GaN纳米线阵列的方法具有非常重要的意义且十分迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能生长出无金属杂质污染，晶体质量高的非极性面氮化镓纳米锥材料的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种非极性面氮化镓纳米锥材料的制备方法，包括如下步骤：

获取铝酸锂衬底；

在所述铝酸锂衬底上外延氮化镓缓冲层；

在所述氮化镓缓冲层外表面外延氮化镓模板层；

通过HCl气体辅助生长，在所述氮化镓模板层上于700～900℃生长氮化镓纳米锥。

上述非极性面氮化镓纳米锥材料制备方法直接采用HCl气体辅助生长氮化镓纳米锥，避免了使用催化剂或其它掩膜，从而避免了使用催化剂与异质掩膜引入的杂质污染；另外，根据应用需求可以对氮化镓纳米锥阵列的质量、结构（方向、密度、径度、长度等），这便于后续的器件制作，为将来的纳米器件应用打下坚实的基础。该方法简单易行，对于退火设备要求不高，适合于科学实验和批量生产。由该方法制备的非极性面氮化镓纳米锥材料上的氮化镓纳米锥阵列分布，且无金属杂质污染，晶体质量高。

附图说明

图1是本发明实施例非极性面氮化镓纳米锥材料结构图；

图2本发明实施例1制备的非极性面氮化镓纳米锥材料中的氮化镓纳米锥结构图；

图3本发明实施例2制备的非极性面氮化镓纳米锥材料中的氮化镓纳米锥结构图；

图4本发明实施例3制备的非极性面氮化镓纳米锥材料中的氮化镓纳米锥结构图；