[發明專利]在襯底上生長GaN平面納米線的方法

在審

• 申請號: 201710969739.7
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107881554A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 伊曉燕;伍紹騰;劉志強;黃洋;程成;王蘊玉;綦成林
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02;C30B29/38;C30B29/60;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 湯寶平

技術領域

本發明屬于半導體材料生長技術領域，特別涉及一種生長高質量GaN平面納米線的生長方法。

背景技術

GaN材料是一種直接帶隙的寬禁帶半導體，具有優異的物理，化學穩定性，再加上其高飽和電子漂移速度，高擊穿場強等特性，已經廣泛應用于高溫，高頻，高功率電子器件及光電子器件。2014年，日本中村修二等人就因為對GaN基藍光LED貢獻獲得了諾貝爾物理學獎。

GaN納米線由于在生長過程中可以通過側向釋放應力及擴散位錯，被認為是一種新型的可以替代常規GaN薄膜的無缺陷，位錯材料。GaN納米線材料已經被大量應用在光電子，電子電力，光水解，氣體檢測等不同的領域。

GaN納米線的生長方法，可分為兩種：選區生長方法和金屬催化方法。選區生長方法由于需要在襯底上做納米圖形，使得納米線的制備工藝變得尤為復雜。金屬催化生長只需要在外延襯底上灑一些金屬顆粒，或蒸鍍一層薄膜就可以簡便的在襯底生長出納米線。另一方面，金屬催化生長的實驗條件也沒有選區生長苛刻。因而，金屬催化生長GaN納米線依然是GaN納米線生長中的一個極為重要的課題。

然而當前生長的GaN納米線絕大多數都是面外的，而在納米線器件制備當中一般都需要采用傳統的平面法，如光刻，金屬蒸鍍，PECVD SiO₂。因而對于這些面外的納米線在器件制備過程當中，一般都需要把納米線從外延襯底上剝離下來，然后通過電泳等一些辦法控制其在襯底上的位置。因此傳統制備GaN納米線的辦法將不利于后續器件的構建，在襯底上直接可控的平面外延生長納米線變得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是，提供一種在襯底上生長GaN平面納米線的方法，其不需要在襯底上制造圖形，處理工藝簡單，大大的降低了生長成本；本納米線是水平外延生長在襯底上，與現代電子技術中傳統的平面法兼容(晶體管的制備過程)，有利于后續器件制備；晶體質量優良，有利于提升器件性能。

本發明提供一種在襯底上生長GaN平面納米線的方法，包括如下步驟：

步驟1：將襯底放入有機溶液中超聲清洗；

步驟2：在清洗的襯底上蒸鍍一層金屬薄膜；

步驟3：把蒸鍍有金屬薄膜的襯底倒立放在反應爐的托盤上，在襯底與托盤之間形成狹縫；

步驟4：提升反應爐溫度，通入反應氣源，在襯底上生長平面的GaN納米線；

步驟5：關閉氣源，將溫度降至室溫，完成GaN平面納米線的制備。

本發明的有益效果是，其不需要在襯底上制造圖形，處理工藝簡單，大大的降低了生長成本；本納米線是水平外延生長在襯底上，與現代電子技術中傳統的平面法兼容(晶體管的制備過程)，有利于后續器件制備；晶體質量優良，有利于提升器件性能。

附圖說明

為使本發明的技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1為本發明的流程圖；

圖2為襯底倒立在反應爐托盤上的示意圖；

圖3為C-面藍寶石上生長的平面GaN納米線的俯視圖；

圖4為R-面藍寶石上生長的GaN納米線的俯視圖；

圖5為GaN納米線與襯底截面的高分辨電子透射圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種在襯底上生長GaN平面納米線的方法，包括如下步驟：

步驟1：將襯底放入有機溶液中超聲清洗，所述襯底的材料為Si、Al₂O₃、SiC或GaN，所述的有機溶液為丙酮和乙醇；具體步驟為將襯底放入乙醇和丙酮溶液中先后超聲5分鐘，用以清除襯底表面的有機物和顆粒雜質。然后再用去離子水沖洗。最后用N₂吹干襯底表面的水滴；

步驟2：在清洗的襯底上蒸鍍一層金屬薄膜，所述蒸鍍的金屬薄膜為Au、Ni、Au、Al、Fe或Pt，或及其組合，所述的金屬薄膜的厚度為0.2nm-20nm；其中蒸鍍是用電子束蒸鍍設備在清洗后的襯底上依次鍍一層Ni和Ai金屬薄膜，蒸鍍速度為0.1-0.2nm/s；蒸鍍金屬是為了輔助催化納米線的生長；在后續升溫過程中金屬薄膜會在高溫下自動起球形成20nm-200nm直徑的金屬顆粒；另外，也可以直接用化學合成后的金屬顆粒用旋涂的方式直接灑在襯底上；