[实用新型]纳米非极性面GaN锥形阵列材料

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体的是涉及一种纳米非极性面GaN锥形阵列材料。

背景技术

一维GaN纳米结构兼具GaN材料的优势和低维的特性，在介观物理和纳米器件中具有独特的应用，为人们研究物质的电学、热传导、机械等性能和维度的关系提供了一种理想的研究对象；同时，一维GaN纳米结构也可以在纳米尺度的电子、光电子器件的制作中起到互连和功能单元的作用，如可以用来制备发蓝光的LED和紫外纳米激光器等。由于这些独特的性能和十分诱人的应用前景，一维GaN纳米材料正成为氮化物领域研究的一个新的热点。

一维GaN纳米结构可以采用先进的纳米加工技术制备，例如电子束和聚焦粒子束直写以及X光、深紫外光刻等制备一维GaN纳米结构，但是这些“自上而下”的方法还存在诸如成本高，速度慢等许多不能实用化的问题。而采用直接物理、化学的合成工艺，通过“自下而上”的方法，则提供了一种大规模、廉价、便捷的制备一维纳米结构的技术途径。

1997年，清华大学采用碳纳米管限制GaN的生长，在国际上首次制备得到了一维GaN纳米结构。1999年，中科院固体物理所采用阳极氧化铝作为模版限制生长，得到了一维GaN纳米结构。2000年，哈佛大学的Liber课题组采用激光辅助的方法制备了单晶GaN纳米线。He等人采用在氨气氛围中直接蒸发金属镓，制备得到了大面积的线状和管状一维GaN纳米结构。2002年，韩国的Kim等人使用氢化物气相外延（HVPE）设备通过控制生长参数，在蓝宝石衬底上生长了GaN纳米棒阵列。现有报道的GaN纳米线制备方法中，大多数的小组还是采用Ni、In或Fe等金属作为催化剂使用化学气相沉积方法基于VLS（气液固）反应机制制备GaN纳米线。2001年，Chen等人尝试了采用In,Co,Ni,Fe等不同金属作为催化剂均生长得到GaN纳米线,并研究了不同实验生长参数对GaN纳米线形貌及性质的影响。Seryogin等人采用金属Ni作为催化剂，使用氢化物气相外延设备生长，为了防止生长过程中用到的HCl气体腐蚀催化剂金属Ni，他们在金属Ni表面蒸上了一层金属Au薄层作为保护，制备得到了GaN纳米线。Dai等人使用金属Ni作为催化剂，采用化学气相沉积的方法，在金属Ga源中加入了金属In作为表面活性剂，提高了所得到GaN纳米线的表面光滑度和结晶质量。

虽然目前报道的各种方法制备GaN纳米线已经取得了不小进展，但我们也看到所得到的纳米线材料制备距离较为理想的器件应用还有相当一段距离。为了便于纳米器件的制备，除了实现GaN纳米线表面光滑，结晶质量优异，长度、线径可控，能够低成本大规模的制备外，还应该实现所生长的GaN纳米线形成规则的阵列排列。此外，在常规的纳米线生长过程中经常使用金属作为催化剂，这就在纳米线材料中引入了金属杂质的污染，从而容易影响到后续制备的GaN纳米线器件的性能。因此，进一步改进工艺，简化GaN纳米材料制备工艺流程，探索不需要使用催化剂就能生长高质量GaN纳米线阵列的方法具有非常重要的意义且十分迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无金属杂质污染，晶体质量高的纳米非极性面GaN锥形阵列材料。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种纳米尺度非极性面GaN锥形阵列，包括依次层叠结合的铝酸锂衬底层、氮化镓缓冲层和氮化镓模板层以及生长在所述氮化镓模版层外表面的非极性氮化镓纳米锥，所述非极性氮化镓纳米锥呈阵列分布。

优选地，上述非极性氮化镓纳米锥根部直径为10～100nm。

优选地，上述非极性氮化镓纳米锥的高度为10～2000nm。

进一步优选地，上述铝酸锂衬底层的厚度为2～5μm。

进一步优选地，上述氮化镓缓冲层的厚度为10～100nm。

进一步优选地，上述氮化镓模板层的厚度为3～5μm。

上述纳米非极性面GaN锥形阵列材料在氮化镓模板外表面上生长的非极性氮化镓纳米锥呈现垂直向上锥阵列分布，且其无金属杂质污染，晶体质量高。

附图说明

图1是本实用新型实施例纳米非极性面GaN锥形阵列材料结构图；

图2本实用新型实施例1制备的纳米非极性面GaN锥形阵列材料中的氮化镓纳米锥结构图；

图3本实用新型实施例2制备的纳米非极性面GaN锥形阵列材料中的氮化镓纳米锥结构图；

图4本实用新型实施例3制备的纳米非极性面GaN锥形阵列材料中的氮化镓纳米锥结构图；

图5本实用新型实施例4制备的纳米非极性面GaN锥形阵列材料中的氮化镓纳米锥结构图；