在衬底上生长GaN平面纳米线的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107881554A(43)申请公布日2018.04.06(21)申请号201710969739.7(22)申请日2017.10.18(71)申请人中国科学院半导体研究所地址100083北京市海淀区清华东路甲35号(72)发明人伊晓燕伍绍腾刘志强黄洋程成王蕴玉綦成林(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人汤宝平(51)Int.Cl.C30B25/02(2006.01)C30B29/38(2006.01)C30B29/60(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称在衬底上生长GaN平面纳米线的方法(57)摘要本发明提供一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。本发明不需要在衬底上制造图形，处理工艺简单，大大的降低了生长成本；本纳米线是水平外延生长在衬底上，与现代电子技术中传统的平面法兼容(晶体管的制备过程)，有利于后续器件制备；晶体质量优良，有利于提升器件性能。CN107881554ACN107881554A权利要求书1/1页1.一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。2.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中衬底的材料为Si、Al2O3、SiC或GaN。3.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的有机溶液为丙酮和乙醇。4.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中蒸镀的金属薄膜为Au、Ni、Au、Al、Fe或Pt，或及其组合。5.根据权利要求4所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的金属薄膜的厚度为0.2nm-20nm。6.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的倒立衬底是指把蒸有金属薄膜的一面贴近反应炉中的托盘。7.根据权利要求6所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的衬底与托盘之间的狭缝为0.1mm-5mm，该狭缝的形成是通过在衬底与托盘之间添加耐高温的支撑物，或者使用非平整的托盘，目的是为了让少量的反应源能够输入到衬底金属薄膜的一面。8.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的提升反应炉的温度为300-1200℃。9.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的反应源是，使用MOCVD通入的反应气源为TMGa和NH3，使用HVPE通入的反应气源为HCl和NHa。10.根据权利要求9所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中通入反应气源的时间为：3-100分钟。2CN107881554A说明书1/3页在衬底上生长GaN平面纳米线的方法技术领域[0001]本发明属于半导体材料生长技术领域，特别涉及一种生长高质量GaN平面纳米线的生长方法。背景技术[0002]GaN材料是一种直接带隙的宽禁带半导体，具有优异的物理，化学稳定性，再加上其高饱和电子漂移速度，高击穿场强等特性，已经广泛应用于高温，高频，高功率电子器件及光电子器件。2014年，日本中村修二等人就因为对GaN基蓝光LED贡献获得了诺贝尔物理学奖。[0003]GaN纳米线由于在生长过程中可以通过侧向释放应力及扩散位错，被认为是一种新型的可以替代常规GaN薄膜的无缺陷，位错材料。GaN纳米线材料已经被大量应用在光电子，电子电力，光水解，气体检测等不同的领域。[0004]GaN纳米线的生长方法，可分为两种：选区生长方法和金属催化方法。选区生长方法由于需要在衬底上做纳米图形，使得纳米线的制备工艺变得尤为复杂。金属催化生长只需要在外延衬底上洒一些金属颗粒，或蒸镀一层薄膜就可以简便的在衬底生长出纳米线。另一方面，金属催化生长的实验条件也没有选区生长苛刻。因而，金属催化生长GaN纳米线依然是GaN纳米线生长中的一个极为重要的课题。[0005]然而当前生长的GaN纳米线绝大多数都是面外的，而在纳米线器件制备当中一般都需要采用传统的平面法，如光刻，金属蒸镀，PECVDS