[發明專利]一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法

在審

• 申請號: 201710387962.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107248537A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 夏輝;童中英;李天信;陳平平;盧振宇;張健;姚曉梅;張旭濤;唐舟
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0693
• 分類號: H01L31/0693;H01L31/18;H01L21/02;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所31311
• 代理人: 李秀蘭

1.一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，適用于催化分子束外延生長砷化鎵等III-V族納米線陣列，該方法的特征在于步驟如下：

1)選擇(111)B晶向的砷化鎵襯底并使用分子束外延方法在其上生長一定厚度的砷化鎵緩沖層；

2)通過熱蒸發在緩沖層上沉積金膜并退火形成無規均勻分布的催化劑顆粒；

用分子束外延方法，根據擬制備的III-V族納米線材料體系，選擇最優V/III束流比，在較寬的襯底窗口溫度中選擇一系列的溫度生長垂直納米線陣列試樣；

3)使用導電原子力顯微鏡，在定量光激發條件下，測量步驟3生長的垂直納米線陣列中單根納米線的光電流；

4)重復步驟3)，對其他生長條件下制備的納米線試樣進行單根納米線光電流測量，通過比較各試樣單根納米線光電流平均值大小的方式，評估不同生長條件下納米線陣列的光電性能，找出最佳生長溫度條件；

5)使用分子束外延方法，選擇步驟4)確定的最佳生長溫度條件制備納米線陣列。

2.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：在步驟1)中生長所述的砷化鎵緩沖層之前，對襯底進行除氣和脫氧處理，緩沖層的厚度為200～500納米。

3.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：步驟2)中所述的在緩沖層上熱蒸發沉積金膜并退火形成催化劑顆粒，具體方法如下：真空加熱金的源爐至1000攝氏度，在緩沖層上熱蒸發沉積10納米厚金膜，而后在550攝氏度的襯底溫度下退火5分鐘，使金膜收縮形成無規均勻分布的催化劑顆粒。

4.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：步驟2)中所述的根據擬制備的III-V族納米線材料體系，選擇最優V/III束流比為：將V/III束流比控制在20：1。

5.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：步驟2)中所述的在較寬的襯底窗口溫度中選擇一系列的溫度生長垂直納米線陣列試樣方法為：對于砷化鎵納米線，襯底的窗口溫度430～550攝氏度；對于其他含銦的III-V族納米線，隨著銦組分的增加，窗口溫度降低0～80攝氏度。

6.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：步驟3)中所述的使用導電原子力顯微鏡，在定量光激發條件下，測量垂直納米線陣列中單根納米線的光電流方法為：在相同的光激發條件下，使用導電原子力顯微鏡測量單根納米線的光電流-偏壓曲線；對于每個納米線試樣，隨機選擇不少于20根納米線進行測量；試樣準備采用機械旋涂法，將聚甲基丙烯酸甲酯均勻地旋涂在納米線外表面，隨后將其烘焙固化，通過拋光減薄固化后的樣品至納米線陣列1微米高；選擇激發光源的波長，使光子能量大于納米線材料的能隙，激發功率在0.5～10毫瓦，以獲得較高信噪比的光電流信號，同時不對導電原子力顯微鏡的工作產生影響。

7.如權利要求書1中所述的一種最優光電效能的半導體納米線陣列制備方法，其特征在于：步驟4)中所述的評估不同生長條件下納米線陣列光電性能，找出最佳生長溫度條件方法為；統計相同的反向偏壓下不同試樣單根納米線光電流的平均值，獲得單根納米線最大平均光電流所對應的生長溫度即為最優光電效能的半導體納米線陣列生長溫度條件；根據納米線的能隙，選擇的反向偏壓條件在1～10伏之間，隨著能隙的增加，偏壓也隨之增加。