GaN纳米线的制备方法和GaN纳米线技术

本发明专利技术公开了一种GaN纳米线的制备方法和GaN纳米线，其中，该制备方法包括：在衬底上制备二维材料层，得到复合生长模板；在复合生长模板的二维材料层上制备金属薄膜层；将带有金属薄膜层的复合生长模板设置于生长设备中，生长GaN纳米线。长GaN纳米线。长GaN纳米线。

【技术实现步骤摘要】
组成组成的第一混合组分或由HCl、NH3和N2组成的第二混合组分；在该生长设备中通入上述反应气体的时间为2～10分钟。
[0016]根据本专利技术的实施例，还包括：在该反应气体为上述第一混合组分，且该生长设备的工作温度大于700℃的情况下，关闭TMGa气体，在该工作温度小于或等于700℃的情况下，再关闭NH3气体；在该反应气体为上述第二混合组分，且该生长设备的工作温度大于700℃的情况下，关闭HCl气体，在该工作温度小于或等于700℃的情况下，再关闭NH3气体。
[0017]本专利技术一实施例提供了一种GaN纳米线，该GaN纳米线为基于上述任一制备方法制备得到。
[0018](三)有益效果
[0019]本专利技术公开的上述GaN纳米线的制备方法，通过利用二维材料/衬底复合生长模板促进气
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液
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固生长，并抑制气
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固的生长，进而抑制纳米线的横向生长，降低了纳米线的直径，进而提升晶体质量，可以快速生长出超细的GaN纳米线，有利于提升后续器件的性能；同时降低工艺难度，大大降低了生产成本。
附图说明
[0020]图1示意性提出了根据本专利技术实施例的一种GaN纳米线的流程图；
[0021]图2为根据本专利技术实施例的二维材料/衬底复合生长模板示意图；
[0022]图3为根据本专利技术实施例的高温环境下金属薄膜自动生成的金属小球的扫描电子显微镜图；
[0023]图4为根据本专利技术实施例的C
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面蓝宝石Al2O3上用二维材料辅助生长的GaN纳米线的低倍扫描电子显微镜图；
[0024]图5为根据本专利技术实施例的C
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面蓝宝石Al2O3上用二维材料辅助生长的GaN纳米线的高倍扫描电子显微镜图；
[0025]图6为根据本专利技术实施例的二维材料层辅助生长的GaN纳米线的光致发光谱图。
[0026]附图标记：
[0027]1：衬底；2：二维材料层；3：金属薄膜层。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0029]本专利技术一实施例提供了一种GaN纳米线的制备方法，包括：在衬底上制备二维材料层，得到复合生长模板；在该复合生长模板的二维材料层上制备金属薄膜层；将带有上述金属薄膜层的上述复合生长模板设置于生长设备中，生长GaN纳米线。
[0030]图1示意性提出了根据本专利技术实施例的一种GaN纳米线的流程图。
[0031]如图1所示，该流程包括操作S101～S103。
[0032]在操作S101，在衬底上制备二维材料层，得到复合生长模板。
[0033]根据本专利技术的实施例，该衬底的材料包括Si、Al2O3、SiC、GaN或GaAs。
[0034]在本专利技术的实施例中，上述衬底的材料例如可以为C
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面蓝宝石Al2O3。
[0035]根据本专利技术的实施例，在该衬底上制备二维材料层之前，还包括利用化学溶液对
该衬底进行清洗，其中，该化学溶液包括浓硫酸和双氧水的混合溶液，或者该化学溶液包括丙酮和乙醇溶液，其中，该混合溶液中的浓硫酸和双氧水的比例为1.5∶1～4∶1；在该溶液为丙酮和乙醇的情况下，先使用上述丙酮溶液，后使用上述乙醇溶液。
[0036]在本专利技术的实施例中，该化学溶液例如可以为浓硫酸和双氧水的混合溶液，其中浓硫酸和双氧水的比例例如可以为3∶1；将该衬底放入混合溶液中清洗10分钟，可以清除衬底表面的有机物污染和杂质颗粒；然后再用去离子水冲洗5分钟；最后用N2吹该干衬底表面，以实现对对该衬底的清洗。
[0037]根据本专利技术的实施例，该二维材料层的材料包括石墨烯、二硫化钼、二硫化钨至少其中之一。
[0038]在本专利技术的实施例中，可以通过湿法腐蚀将该二维材料层转移到该衬底上得到复合生长模板。
[0039]在本专利技术的实施例中，也可以在该衬底上直接生长该二维材料层得到复合生长模板。
[0040]在本专利技术的实施例中，据本专利技术实施例的二维材料/衬底复合生长模板示意图如附图2所示。如图2中的二维材料/衬底复合生长模板包括衬底1、二维材料层2，并在该复合生长模板的二维材料层2上制备有金属薄膜层3。
[0041]在操作S102，制备金属薄膜层。
[0042]根据本专利技术的实施例，该金属薄层的金属包括Au、Ni、Pt、Al、Fe至少其中之一；该金属薄膜层的厚度为
[0043]在本专利技术的实施例中，可以利用电子束蒸镀设备在该复合生长模板的二维材料层上蒸镀该金属薄膜层，该金属薄膜层例如可以包括一层Au金属薄膜层和一层Ni金属薄膜层。例如，可以采用0.05nm/s蒸镀速度蒸镀一层Au金属薄膜层，再采用0.05nm/s蒸镀速度在该Au金属薄膜层上再蒸镀一次Ni金属薄膜层。该金属薄膜的厚度例如可以为
[0044]在本专利技术的实施例中，蒸镀金属可以作为催化剂辅助纳米线生长。例如，在后续生长过程中高温环境可以使金属薄膜层自动形成金属小球，气体分子在小球内部反应，生长GaN纳米线。二维材料层可以加速气体分子吸附与迁移到金属小球内部，促进纳米线的纵向生长，如附图3所示。
[0045]在操作S103，生长GaN纳米线。
[0046]根据本专利技术的实施例，该生长设备的工作温度为500～1400℃。
[0047]根据本专利技术的实施例，该生长设备中的反应气体包括由TMGa、TEGa、NH3、N2和H2组成的第一混合组分或由HCl、NH3和N2组成的第二混合组分；在该生长设备中通入上述反应气体的时间为2～10分钟。
[0048]根据本专利技术的实施例，在该反应气体为所述第一混合组分，且该生长设备的工作温度大于700℃的情况下，关闭TMGa及TEGa气体，在该工作温度小于或等于700℃的情况下，再关闭NH3气体；在该反应气体为所述第二混合组分，且该生长设备的工作温度大于700℃的情况下，关闭HCl气体，在所述工作温度小于或等于700℃的情况下，再关闭NH3气体。
[0049]在本专利技术的实施例中，将带有该金属薄膜层的上述复合生长模板设置于该生长设备中生长GaN纳米线的过程例如可以表现为：首先，以10℃/min升温速率将该生长设备由室温升温至工作温度，其中工作温度例如可以为900℃。其次，通入上述反应气体，例如该反应
气体可以为TMGa、TEGa、NH3、N2和H2，通入该反应气体的时间可以为4分钟，其中通入该TMGa气体的流量可以为4sccm，通入该TEGa气体的流量可以为4sccm，通入该NH3气体的流量可以为100sccm，通入该N2气体的流量可以为2slm，通入该H2气体的流量可以为2slm，通过通入该N2及H2气体可以稀释反应气流同时帮助反应气体顺利进入生长设备中。最后，在通入时间达到4分钟时，关闭TMGa及TEGa气体的通入，然后对该生长设备进行降温操作，在该工作温度等于700℃后再关闭该NH3气体的通入。最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN纳米线的制备方法，包括：在衬底上制备二维材料层，得到复合生长模板；在所述复合生长模板的二维材料层上制备金属薄膜层；将带有所述金属薄膜层的所述复合生长模板设置于生长设备中，生长GaN纳米线。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述衬底的材料包括Si、Al2O3、SiC、GaN或GaAs。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在所述衬底上制备二维材料层之前，还包括：利用化学溶液对所述衬底进行清洗，其中，所述化学溶液包括浓硫酸和双氧水的混合溶液，或者所述化学溶液包括丙酮和乙醇溶液，其中，所述混合溶液中的浓硫酸和双氧水的比例为1.5∶1～4∶1；在所述溶液为丙酮和乙醇的情况下，先使用所述丙酮溶液，后使用所述乙醇溶液。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述二维材料层的材料包括石墨烯、二硫化钼、二硫化钨至少其中之一。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述金属薄层的金属包括Au、Ni、Pt、Al、Fe至少其中之一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志强，闫岩，张硕，伊晓燕，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：