[发明专利]Bi元素调控GaAs基纳米线晶体结构的分子束外延生长方法

摘要

本发明公开了一种Bi元素调控GaAs基纳米线晶体结构的分子束外延生长方法，在MBE生长室生长纳米线过程中引入Bi元素作为活性剂，减小GaAs的离子性，促进纳米线闪锌矿结构的形成，其特征在于：在所述的纳米线生长过程中根据Ga元素的束流等效分压，调节Bi蒸发源温度来调控其束流等效分压，以使Bi元素与Ga元素的束流等效分压之比为x，x的值将影响Bi元素对纳米线晶体结构的调控能力以及影响纳米线的形貌和相结构纯度。本方法的有益效果在于：在MBE中不需要改变生长工艺条件即可轻松实现闪锌矿晶体结构的GaAs基纳米线生长，有利于纤锌矿和闪锌矿结构GaAs基纳米线的可控生长及其同质异相异质结结构的形成，为制备纳米级光电子器件提供优异的材料。

主权项

一种Bi元素调控GaAs基纳米线晶体结构的分子束外延生长方法，其特征在于包括以下步骤：I、在预处理，即除气、脱氧及生长缓冲层之后的GaAs(111)B衬底上真空热蒸发一层厚度为0.5‑1nm的金膜，然后在真空传输到MBE生长室中，在As气氛的保护下进行退火处理，退火温度保持在500℃，退火时间为5分钟，使得金薄膜在GaAs衬底表面形成金的小颗粒，为气‑液‑固生长提供催化剂；II、As蒸发源的温度控制在160‑180℃，其对应的束流等效分压为2.6×10‑6乇‑6.7×10‑6乇，Ga蒸发源温度控制在930‑950℃，其对应的束流等效分压为1.0×10‑7乇‑3.0×10‑7乇；通过调控As和Ga蒸发源的温度，使As元素与Ga元素束流等效分压比在15‑40之间，控制纳米线的生长速率在40‑60nm/min，生长温度保持在400‑450℃；并且调控Bi蒸发源的温度使其保持在480‑500℃之间，对应的束流等效分压为1.2×10‑7乇‑2.0×10‑7乇，使Bi元素束流分压与Ga元素束流分压比x在40%‑70%之间，在生长过程中通过开、关Bi蒸发源挡板，以此在生长室里面引入或撤除Bi元素；III、冷却衬底和各蒸发源，将生长完的样品传入MBE预处理室，即得纤锌矿结构和闪锌矿结构共存的GaAs纳米线。