[发明专利]一种氮化镓单晶材料、其制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种氮化镓单晶材料及其制备方法、应用，所述氮化镓单晶材料为相互交联的氮化镓单晶纳米片，所述交联处为单晶结。本申请通过化学气相沉积方法在覆盖有金属A层的镓酸锂衬底上生长氮化镓纳米片，制备的高质量氮化镓纳米片在镓酸锂衬底上沿两个方向倾斜排列且纳米片之间通过单晶结互相交联，实现了一维纳米片之间的载流子传输。

技术领域

本申请涉及一种氮化镓单晶材料、其制备方法及应用，属于无机材料领域。

背景技术

宽禁带半导体GaN是制备宽波段发光器件和高频大功率电子器件的关键材料；但是，目前生长的大尺寸、高质量GaN体单晶仍然有限且价格高昂，因此GaN基薄膜器件缺乏同质衬底；而异质外延纳米结构导致应力和高密度缺陷的产生，使得器件寿命和性能大受影响；GaN器件又会有其尺度太小难以制作与大规模集成应用的困难。因此若可以于廉价衬底上异质外延生长一种具有大的非极性表面且于衬底面积上形成空中单晶交联的GaN纳米结构，这种新颖的结构可以兼具膜的大面积单晶联通和纳米结构无应力低缺陷的优点，进而为GaN材料开创一条崭新的、有广阔前景的高品质低成本的道路。

目前，构建大规模交联纳米结构是件很繁琐的事,一般都是采用先生长后组装的方法，如电或磁场引导组装，Langmuir–Blodgett技术，压印,压缩屈曲和纳米梳技术等。先生长后组装这些纳米线/片的结晶学方向没法控制，其间也无法形成单晶结，这样会严重影响载流子的传输性能。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种氮化镓单晶材料，所述氮化镓单晶纳米片在镓酸锂衬底上沿两个方向倾斜排列，且纳米片之间互相交联形成单晶交联结构，有利于电子的导通，克服了纳米片分离的缺点，简化了纳米器件制备过程。目前文献及报道中无此氮化镓形貌生长在镓酸锂衬底上。

本申请提供了一种通过化学气相沉积方法在覆盖有金属A层的镓酸锂衬底上生长氮化镓纳米片，制备的高质量氮化镓纳米片在镓酸锂衬底上沿两个方向倾斜排列且纳米片之间互相交联。

本申请不同于以往先生长再组装、直接分叉生长等方法，在先生长再组装方法中，纳米片和纳米片只是相互接触交叉，无法实现单晶交联；而直接分叉生长方法无法实现纳米树间的交联，现有所有方法均无法实现大面积纳米单元的单晶3D交联。本申请中的氮化镓单晶纳米片在生长时即生长成3D交联状，纳米片之间通过单晶结交联，有望通过简单的方法实现单晶纳米集成。

在这里，我们使用一种简单的化学气相沉积方法在表面含有金属A涂层的(010)面镓酸锂衬底上外延生长几乎无应变的氮化镓纳米片。在此过程中，金属A辅助的蒸汽传输会引发氮化镓成核，然后沿两个方向倾斜生长，纳米片之间互相交联形成单晶交联结，为相互交联的氮化镓纳米片的生长提供了一种简单有效的方法。

本申请要解决的技术问题为：利用简单低成本的化学气相沉积法在镓酸锂衬底上实现相互交联的GaN纳米片的外延生长。

根据本申请的第一方面，提供了一种氮化镓单晶材料，所述氮化镓单晶材料为相互交联的氮化镓单晶纳米片；所述交联处为单晶结。

可选地，所述氮化镓单晶纳米片的晶面为氮化镓的晶面。

可选地，所述氮化镓单晶纳米片在镓酸锂衬底上沿两个方向倾斜排列。

可选地，所述氮化镓单晶纳米片宽度为10nm～10μm；长度为50nm～1000微米。

具体地，本申请中的氮化镓单晶纳米片的宽度和长度可调，可通过调节实验条件(生长时间、镓浓度等)来调节氮化镓单晶纳米片的宽度和长度。

根据本申请的第二方面，提供了一种上述氮化镓单晶材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)获得含有金属A涂层的镓酸锂单晶衬底；

(2)将金属镓与含有氨气的原料气接触反应，在所述含有金属A涂层的镓酸锂单晶衬底上沉积，即可得到所述氮化镓单晶材料；