[發(fā)明專利]一種Ga空位可調(diào)的GaN納米結(jié)構(gòu)的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310093231.7
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103173738A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳榮;任會會;簡基康
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/44;C30B29/40;C30B25/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域，涉及稀磁半導(dǎo)體材料方面，具備Ga空位可調(diào)的GaN納米結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，稀磁半導(dǎo)體（Diluted?Magnetic?Semiconductors,?DMSs），又稱半磁半導(dǎo)體，是指在非磁性半導(dǎo)體材料基體中通過摻入少量過渡金屬或稀土元素。由于其既能利用電子的電荷特性又能利用電子的自旋特性，因而在高密度非易失性存儲器和半導(dǎo)體電路的集成電路和半導(dǎo)體激光器集成電路以及量子計算機(jī)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

GaN是Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料中禁帶寬度為3.4eV的直接帶隙半導(dǎo)體材料。這類材料能利用電子的電荷特性和自旋特性，即兼具半導(dǎo)體材料和磁性材料的雙重特性，可將半導(dǎo)體的信息處理與磁性材料的信息存儲功能、半導(dǎo)體材料的優(yōu)點和磁性材料的非易失性兩者融合在一起。同時，具有良好的光電和壓電特性，在高頻、大功率型器件、藍(lán)光和紫外半導(dǎo)體激光方面有廣泛引用。已有的研究工作大多是針對GaN納米材料的物相或形貌單一方面的研究，且采用較為復(fù)雜的實驗操作方法對其進(jìn)行摻雜，如使分子束外延法、氫化物氣相外延法、直流電弧等離子體法等。

分子束外延法主要是通過加熱轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，在真空中膨脹，凝結(jié)在襯底上，進(jìn)行外延生長。如?Averett?K.?L.等以Si（111）和藍(lán)寶石（001）為襯底，生長的GaN納米柱，參閱J.?Vac.?Sci.?Technol.?B.?2007年第25期第964頁。Zhang?H.?Z.等在Si（111）襯底上制備的GaN納米棒，參閱Physica?E.?2008第40期第828-832頁。2004年Kumar?D.等人采用分子束外延法制備了居里溫度高達(dá)900K的Cr摻雜AlN納米棒，參閱Appl.?Phys.?Lett.?第84卷4067-4069頁。

氫化物氣相外延法制備GaN單晶薄膜是人們最早采用就是氣相外延法。如2008年林郭強(qiáng)等人采用氫化物外延法在C面藍(lán)寶石上選區(qū)外延生長，參閱半導(dǎo)體學(xué)報第29卷第3期530-533頁.2007年Tongbo?Wei等人在GaN模板上外延生長GaN薄膜，參閱半導(dǎo)體學(xué)報第28卷第1期第19-23頁。

直流電弧放電法：2009年Weiwei?Lei等人利用直流電弧法制備出了多孔狀GaN納米結(jié)構(gòu)，以金屬鎵和氮氣為源，電弧放電30-60?min，粒徑為5-10um，表面布滿褶皺和小孔，參閱2009年吉林大學(xué)博士學(xué)位論文---Ⅲ族氮化物及AlN基稀磁半導(dǎo)體納米材料的制備與高壓物性研究.第3章第64-66頁。

由上述報道可以看出分子束外延法生長速率慢、成本比較高；氫化物氣相外延術(shù)很難精確控制膜厚，且反應(yīng)氣體對設(shè)備具有腐蝕性，并且影響GaN材料純度的提高；直流電弧等離子法不宜實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。而化學(xué)氣相沉積法制備的納米材料具有粒徑小，純度高，分散性好和沉積溫度低，對于難熔物質(zhì)，能夠在遠(yuǎn)低于其熔點溫度進(jìn)行沉積，可用于碳化物、金屬及合金、Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體的制備，產(chǎn)物均勻性好，可控性好，對環(huán)境危害小，易于推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，提供一種化學(xué)氣相沉積法制備Ga空位可調(diào)的GaN納米結(jié)構(gòu)的制備方法以解決現(xiàn)有技術(shù)制備工藝復(fù)雜、成本高等問題。提出采用高純Ga₂O₃粉和NH₃氣分別作為Ga源和N源，以獲得Ga空位可控的納米結(jié)構(gòu)。本方法簡單易行，所有原料都很常見，可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明是通過以下工藝過程實現(xiàn)的：

在陶瓷舟中直接合成的GaN納米結(jié)構(gòu)是以高純Ga₂O₃粉和NH₃氣分別作為Ga源和N源，將高純Ga₂O₃粉置于陶瓷舟中，且將陶瓷舟置于中央加熱區(qū)處，密封水平管式爐，爐內(nèi)真空度抽至1×10^-2?Pa以下，通入流量為100?sccm的氬氣，并對管式爐進(jìn)行加熱。溫度達(dá)到980℃時，通入流量為100-200?sccm的氨氣并保持3?h。然后，停止加熱，自然降溫至600℃，再次打開加熱裝置，并升溫至980℃保持2h。最后，關(guān)掉氨氣，并保持氬氣流量不變。自然冷卻到室溫，關(guān)掉氬氣，取出陶瓷舟，得到樣品。本發(fā)明的特點是：方法簡單，成本低，產(chǎn)率高，產(chǎn)物均勻性好，可控性好，對環(huán)境危害小，易于推廣。