[發(fā)明專利]在襯底上制備GaN納米線的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710969740.X
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN107910243A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志強(qiáng);伍紹騰;伊?xí)匝?/a>;黃洋;程成;王蘊(yùn)玉;綦成林
• 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): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 湯寶平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在襯底上制備GaN納米線的方法。

背景技術(shù)

GaN材料是一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體，具有優(yōu)異的物理，化學(xué)穩(wěn)定性，再加上其高飽和電子漂移速度，高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)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?yàn)閷?duì)GaN基藍(lán)光LED貢獻(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

然而由于很難獲得大尺寸的GaN體單晶材料，GaN薄膜一般外延生長(zhǎng)在藍(lán)寶石，硅襯底上。由于存在較大的晶格失配和熱失配，造成的缺陷較多，極大的限制了器件的性能提高。GaN納米線由于在生長(zhǎng)過程中可以通過側(cè)向釋放應(yīng)力及擴(kuò)散位錯(cuò)，被認(rèn)為是一種新型的可以替代常規(guī)GaN薄膜的無缺陷，位錯(cuò)材料。

材料的晶體質(zhì)量和溫度有關(guān)，一般來說溫度越高質(zhì)量越好。常規(guī)的GaN薄膜制備溫度可高達(dá)1100℃。然后通過金屬催化生長(zhǎng)的GaN納米線生長(zhǎng)溫度一般都在850℃以下，因而結(jié)晶質(zhì)量不會(huì)很好。因此如何在襯底上高溫生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN納米線成為了一個(gè)極具有意義的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種在襯底上制備GaN納米線的方法，該方法不需要在襯底上制造圖形，處理工藝簡(jiǎn)單，大大的降低了生長(zhǎng)成本；生長(zhǎng)的溫度為高溫，大大提高晶體質(zhì)量；納米線方向具有一定的可控性，有利于后續(xù)器件制備。

本發(fā)明提供一種在襯底上制備GaN納米線的方法，包括以下步驟：

步驟1：清洗襯底；

步驟2：在襯底上鍍一層Ni和Au金屬；

步驟3：將鍍有Ni和Au金屬的襯底放入HVPE外延設(shè)備的反應(yīng)室中，將反應(yīng)室升溫；

步驟4：向反應(yīng)室中通入反應(yīng)氣體，在襯底上生長(zhǎng)GaN納米線；

步驟5：關(guān)閉通入的反應(yīng)氣體，將襯底降溫，完成制備。

本發(fā)明的有益效果是，其不需要在襯底上制造圖形，處理工藝簡(jiǎn)單，大大的降低了生長(zhǎng)成本；生長(zhǎng)的溫度為高溫，大大提高晶體質(zhì)量；納米線方向具有一定的可控性，有利于后續(xù)器件制備。

附圖說明

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)例及附圖詳細(xì)說明如后，其中：

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2為藍(lán)寶石上生長(zhǎng)的GaN納米線的俯視圖；

圖3為GaN外延片上生長(zhǎng)的GaN納米線的俯視圖；

圖4為GaN納米線的熒光光譜圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種在襯底上制備GaN納米線的方法，包括以下步驟：

步驟1：清洗襯底，所述襯底的材料為Si、Al₂O₃、SiC或GaN，所述襯底是依次放入丙酮和乙醇溶液中清洗；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(jī)物和顆粒雜質(zhì)。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：在襯底上蒸鍍一層Ni和Au金屬；其中蒸鍍是用電子束蒸鍍?cè)O(shè)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0.1nm/s；所述的Ni和Au金屬或Ni/Au合金，其組分為任意比例；總厚度為0.2-20nm；蒸鍍金屬是為了輔助催化納米線的生長(zhǎng)。

步驟3：將鍍有Ni和Au金屬薄膜的襯底放入HVPE外延設(shè)備的反應(yīng)室中，將反應(yīng)室升溫到900-1200℃；其中升溫速度為升溫速度為15℃/分鐘；在升溫過程中金屬薄膜會(huì)在高溫下自動(dòng)起球形成20nm-200nm直徑的金屬顆粒；另外，也可以直接用化學(xué)合成后的金屬顆粒用旋涂的方式直接灑在襯底上；

步驟4：向反應(yīng)室中通入反應(yīng)氣體，在襯底上生長(zhǎng)GaN納米線，所述向反應(yīng)室中通入的反應(yīng)氣體為NH₃和HCl，所述的NH₃和HCl氣體的流量分別為10-200sccm及5-30sccm，通入NH₃和HCl的氣體后，在襯底上生長(zhǎng)GaN納米線的時(shí)間為2-15分鐘；其中反應(yīng)室中除了反應(yīng)氣體還要載氣N₂和H₂，它們的作用是稀釋反應(yīng)氣體及輔助反應(yīng)氣體流入反應(yīng)室。HCl氣體會(huì)在反應(yīng)室中先與Ga液體在850℃下反應(yīng)生長(zhǎng)GaCl用以作為三族反應(yīng)源。