[發(fā)明專利]在納米棒的氧化鋅上生長(zhǎng)無(wú)支撐的氮化鎵納米晶的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710063881.1
• 申請(qǐng)日: 2007-02-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101245491A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡衛(wèi)國(guó);魏鴻源;焦春美;劉祥林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): C30B29/38
• 分類號(hào): C30B29/38;C30B25/18
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)方法，主要指在納米棒的氧化鋅上生長(zhǎng)無(wú)支撐的氮化鎵納米晶的方法。

背景技術(shù)

GaN是一種重要的第三代半導(dǎo)體材料，GaN基光電器件在許多重要的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，例如：白光照明工程，高密度光存儲(chǔ)，寬帶通訊等。目前，許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制了高性能的GaN基光電器件，然而，繁瑣的工藝，高昂的成本和較低的成品率限制了這些光電器件在商業(yè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。襯底剝離工藝是研制大多數(shù)GaN基光電器件必不可少的中間環(huán)節(jié)，現(xiàn)在常用的剝離工藝是大功率激光剝離，這種工藝中存在以下三個(gè)缺點(diǎn)：

1)大功率激光器成本昂貴，而且易于損耗，這極大的增加了GaN基光電器件的成本；

2)大功率激光剝離不可避免的損傷了GaN的晶體學(xué)、光和電學(xué)特性，這極大的抑制了GaN基光電器件的光電性能和成品率；

3)額外的剝離工藝使GaN基光電器件更為繁瑣。因此，更為簡(jiǎn)易有效的剝離工藝能促進(jìn)GaN基光電器件的商業(yè)應(yīng)用。

此外，低維納米材料能通過(guò)控制納米結(jié)構(gòu)的尺度和形狀，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料的能帶裁剪，從而獲得獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。因此，半導(dǎo)體材料的納米結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用前景，極大的提高了光電器件的內(nèi)量子效率，從而顯著的改善器件的光電性能。但是由于GaN具有較強(qiáng)的二維生長(zhǎng)特性，極易于形成膜狀結(jié)構(gòu)，而難于獲得納米結(jié)構(gòu)。人們一般是通過(guò)昂貴的納米加工工藝設(shè)備，通過(guò)掩膜、光刻制備納米圖形模板，從而限制GaN的二維生長(zhǎng)，獲得納米結(jié)構(gòu)的GaN。這種工藝盡管能極大的提高GaN器件的光電性能，但不可避免的使工藝更為復(fù)雜，增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在納米棒的氧化鋅上生長(zhǎng)無(wú)支撐的氮化鎵納米晶的方法，特指一種使用納米棒的ZnO作為模板，限制GaN的二維生長(zhǎng)，從而獲得納米晶結(jié)構(gòu)的GaN；然后通過(guò)使用N₂+H₂混合載氣在高溫下刻蝕ZnO，直接獲得無(wú)支撐的GaN納米晶的工藝。

本發(fā)明提供一種在納米棒的氧化鋅上生長(zhǎng)無(wú)支撐的氮化鎵納米晶的方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1：取一襯底，表面清洗后，放入金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中；

步驟2：使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法，在襯底上生長(zhǎng)納米棒的ZnO層，以用來(lái)限制后續(xù)生長(zhǎng)GaN的二維生長(zhǎng)；

步驟3：用去離子水沖洗所生長(zhǎng)的納米棒的ZnO層，以清除表面的污染；

步驟4：在反應(yīng)室中，采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法，使用純N₂載氣在沖洗后的納米棒的ZnO層上生長(zhǎng)GaN納米晶層，納米晶的尺寸取決于納米棒的ZnO層的直徑；

步驟5：在反應(yīng)室中，使用N₂+H₂混合載氣刻蝕納米棒的ZnO層，完成無(wú)支撐的GaN納米晶層的生長(zhǎng)。

其中所述的襯底是C面藍(lán)寶石襯底。

其中納米棒的ZnO層是取向一致的納米棒，生長(zhǎng)方向是沿著ZnO層<0002>晶軸，并且ZnO層<0002>晶軸平行于藍(lán)寶石<0002>晶軸。

其中使用N₂+H₂混合載氣刻蝕納米棒的ZnO層是通過(guò)改變反應(yīng)室的N2+H2混合載氣的成分、溫度和刻蝕時(shí)間，從而控制ZnO層的刻蝕程度，最終獲得無(wú)支撐的GaN納米晶層。

其中反應(yīng)室的溫度是600℃至1100℃，刻蝕時(shí)間是30分鐘至1小時(shí)。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下意義：

1、能獲得GaN納米晶。在通常條件下，GaN具有較強(qiáng)的二維生長(zhǎng)，易形成薄膜結(jié)構(gòu)，而難以形成納米結(jié)構(gòu)。但是，納米棒的ZnO作為模板，限制了GaN的二維生長(zhǎng)，從而獲得GaN納米晶；

2、在金屬有機(jī)物沉淀的過(guò)程中，直接獲得無(wú)支撐的GaN納米晶，因此能省略成本高昂的大功率激光刻蝕工藝；

3、使用N₂+H₂混合載氣刻蝕納米棒的ZnO具有較好的均勻性，對(duì)GaN薄膜的晶體質(zhì)量的損傷較小，從而提高GaN基光電器件的成品率。

附圖說(shuō)明：

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和效果，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，其中：

圖1-圖3是在納米棒的氧化鋅上生長(zhǎng)無(wú)支撐的氮化鎵納米晶的步驟的截面示意圖，其中：