[发明专利]一种GaN纳米线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种GaN纳米线及其制备方法，可用于纳米线微电子和光电子器件。

背景技术

由于纳米材料的力、热、电、光、磁等性质，与传统体材料有很大差异，其研究具有丰富的科学内容和重要的科学价值，因而被认为是21世纪的三大科学技术之一。其中，半导体纳米线由于其独特的一维量子结构，被认为是未来微纳器件的基本结构。近年来，半导体纳米线的研究工作取得了很大进展，其应用领域包括集成电路、晶体管、激光器、发光二极管、单光子器件以及太阳能电池等。其中，在众多的半导体材料中，GaN基半导体材料具有较宽的直接带隙，以其优异的物理、化学稳定性，高饱和电子漂移速度，高击穿场强等性能，目前广泛应用于高频、高温、高功率电子器件以及光电子器件等领域，已经成为继第一代锗、硅半导体材料和第二代砷化镓、磷化铟化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。因此，GaN纳米线的制备成为人们研究的热点。

虽然GaN纳米线具有很重要的应用前景，但是GaN纳米线器件的实用化和产业化还亟需解决一系列问题，其中的关键问题是如何实现GaN纳米线的半径、高度，位置的准确调控。因此设计研发一种半径、高度和位置可调控的GaN纳米线制备方法是本发明的创研动机。

发明内容

本发明为了克服GaN纳米线的半径、高度以及生长位置难以控制的问题，首先提出一种GaN纳米线制备方法。

本发明的又一目的是提出一种具有实用化和产业化价值的GaN纳米线。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种GaN纳米线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：通过MOCVD，在衬底上外延生长三族氮化物薄膜；

步骤2：在上述三族氮化物薄膜上沉积介质层，并把该介质层制备成图形化掩蔽膜；

步骤3：在上述图形化的三族氮化物薄膜上通过MOCVD选择性区域生长技术外延生长侧面为{1-100}面，顶面为(0001)面的GaN六角金字塔微结构；

步骤4：通过碱性溶液腐蚀，把GaN六角金字塔微结构的{1-101}面腐蚀掉，最终制备成侧面为{1-100}面，顶面为(0001)面的GaN纳米线。

本制备方法，可以通过控制外延生长GaN六角金字塔微结构的生长参数，改变该GaN六角金字塔微结构的高度和(0001)顶面的大小，从而控制经过碱性溶液腐蚀后形成的GaN纳米线的高度和半径。

优选的，所述碱性溶液为KOH或NaOH溶液，其溶液的质量浓度范围为5%-80%。

优选的，所述步骤4中采用湿法腐蚀法把GaN六角金字塔微结构腐蚀成GaN纳米线，腐蚀过程的溶液温度范围为20 ^oC -100 ^oC。

优选的，所述图形化掩蔽膜的材料为SiO₂或SiN_x，开孔的图形结构为圆形，圆孔直径范围为1 μm-20 μm。

优选的，所述衬底为Si、sapphire、SiC、GaN、AlN或ZnO衬底。

优选的，所述三族氮化物薄膜为AlN薄膜、GaN薄膜、或AlN和GaN薄膜构成的复合层。

优选的，通过改变图形化掩蔽膜的具体图形结构，能够控制MOCVD外延生长的GaN六角金字塔结构的位置和排列形式，从而控制最后经过碱性溶液腐蚀后形成的GaN纳米线或纳米线阵列的位置和排列形式。

优选的，通过GaN六角金字塔微结构的高度控制GaN纳米线的高度，通过GaN六角金字塔微结构的(0001)顶面控制GaN纳米线的半径。

一种GaN纳米线，是侧面为{1-100}面，顶面为(0001)面的GaN纳米线，该GaN纳米线底部从上至下依次为图形化掩蔽膜、三族氮化物薄膜和衬底。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明给出了一种成本低廉、可操作性强的GaN纳米线生长制备工艺，此GaN纳米线的高度、直径、生长位置都可以精确控制，并且可以根据需求实现单根GaN纳米线或GaN纳米线阵列。

附图说明

图1是本发明提供的GaN纳米线的基本制备流程图。

图2A是本发明实施例1提供的GaN六角金字塔微结构的SEM图。

图2B是本发明实施例1提供的GaN纳米线的SEM图。

图3A是本发明实施例2提供的GaN六角金字塔微结构的SEM图。

图3B是本发明实施例2提供的GaN纳米线的SEM图。