[发明专利]一种GaN纳米柱的制备方法以及一种LED器件

说明书

本发明提供了一种GaN纳米柱的制备方法，首先在蓝宝石衬底上形成石墨烯层，然后在所述石墨烯层上外延生长GaN纳米柱。本发明还提供了一种LED器件，依次包括蓝宝石衬底、形成于蓝宝石衬底上的石墨烯层以及生长于石墨烯层上的GaN纳米柱。本发明提供的制备方法可以缓解蓝宝石衬底与GaN之间的晶格与热失配，显著提高了GaN纳米柱的生长质量，石墨烯还可以作为LED器件的底电极，无需另外制备电极，本发明的制备方法简单，普适性高，适合工业生产，具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种GaN纳米柱的制备方法以及一种LED器件。

背景技术

紫外LED在水净化处理、空气净化、食品加工处理以及生命科学等领域具有广泛应用。

GaN纳米柱可以实现LED器件，通常，GaN纳米柱是在蓝宝石衬底上生长形成，蓝宝石衬底是LED制造领域最常用的衬底，市场份额占据了80％以上。但是，蓝宝石与GaN之间存在比较严重的晶格与热失配，导致生长所得的GaN纳米柱形貌、质量较差，高度、直径等非常不均匀。而且，直接生长在蓝宝石上的GaN纳米柱需重新沉积底电极才可以施加电压，制作工艺复杂、效率低下、成本高昂。

由此可见，急需开发一种高效率、低成本、且能明显改善纳米材料性能的GaN纳米柱制备方法。

发明内容

为克服现有技术中在GaN纳米柱制备方面存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种GaN纳米柱的制备方法。

本发明提供的制备方法为：首先在蓝宝石衬底上形成石墨烯层，然后在所述石墨烯层上外延生长GaN纳米柱。

本发明提供的制备方法中，所述石墨烯层可以为单层或多层。当石墨烯层为多层时，可以为10层以下，优选可以为2～5层的厚度。

本发明提供的制备方法中，所述石墨烯层可以在蓝宝石衬底上直接生长形成，生长的方法可以为现有的任意方法，如化学气相沉积法，只要能在蓝宝石衬底表面生长即可。所述石墨烯层还可以使用现有的任意种类石墨烯材料，将石墨烯材料设置于蓝宝石衬底表面而形成石墨烯层。

本发明提供的制备方法中，所述蓝宝石衬底在生长石墨烯层之前可在1000～1300℃下退火4～8小时。通过高温退火处理，可减少蓝宝石衬底的表面缺陷，衬底表面也更加平整，使得其与石墨烯具有更好的晶格匹配性，继而生长的石墨烯层可具有更高的质量，能够用作LED器件的底电极。

本发明提供的制备方法中，所述GaN纳米柱的生长方法为金属有机化合物化学气相沉淀法(MOCVD)，包括以下步骤：

S1：将形成有石墨烯层的蓝宝石衬底加热至1000～1400℃；

S2：通入N源氮化8～15分钟；

S3：保持通入N源不变，同时通入Al源和Ga源生长0.5～2分钟；以及

S4：关闭Al源，保持N源和Ga源不变继续生长8～15分钟即得所述GaN纳米柱。

本发明提供的制备方法中，GaN纳米柱的生长过程采用高温成核生长方式，通入Al源形成AlGaN成核层，以解决GaN在石墨烯层上难以成核的问题，保证后续制得形貌良好的GaN纳米柱。

本发明提供的制备方法中，所述N源可以为NH₃，通入流量可以为300～600sccm；优选可以为400～600sccm。

本发明提供的制备方法中，所述Al源可以为三甲基铝，通入流量可以为15～30μmol/min；优选可以为20～30μmol/min。

本发明提供的制备方法中，所述Ga源可以为三甲基镓，通入流量可以为30～50μmol/min；优选可以为35～45μmol/min。