[发明专利]生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱及其制法与应用

权利要求书

1.生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：包括铝酸锶钽镧衬底，生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱模板层，生长在GaN纳米柱模板层上的GaN纳米柱阵列。

2.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述铝酸锶钽镧衬底即La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底以(111)面偏(100)方向0.5～1°为外延面；晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底的(111)面。

3.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述GaN纳米柱模板层中GaN的(0001)面平行于铝酸锶钽镧衬底即La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底的(111)面。

4.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述GaN纳米柱模板层为纳米柱阵列，GaN纳米柱模板层的厚度为0.3～4μm；所述模板层的纳米柱的平均直径为200～500nm，纳米柱之间的平均间距为450～600nm。

5.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述GaN纳米柱阵列中纳米柱的厚度为0.2～2μm。

6.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱还包括隔离层，所述隔离层沉积在未被GaN纳米柱模板层覆盖的衬底上或GaN纳米柱模板层的侧壁和未被GaN纳米柱模板层覆盖的衬底上。

7.根据权利要求6所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱，其特征在于：所述隔离层的材料为SiN_x；所述隔离层的厚度为30～200nm。

8.根据权利要求1～7任一项所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN纳米柱的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)衬底以及其晶向的选取：采用La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底，以(111)面偏(100)方向0.5～1°为外延面，晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底的(111)面；

(2)衬底表面抛光、清洗以及退火处理：衬底退火处理：将衬底放入退火室内，在800～900℃下对La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底进行退火处理0.5～1h；

(3)GaN预制层外延生长：衬底温度控制在450～550℃，在反应室的压力为5.0～8.0×10^-9Pa，衬底转速为5～10r/min，靶基距为50～80mm，同时脉冲激光沉积(PLD)中激光波长为248nm，激光能量为220～280mJ/cm²，频率10～30Hz，氮的等离子体流量为3～10sccm，RF活化功率为200～500W，使用高能激光轰击陶瓷GaN靶的条件下生长GaN缓冲层即GaN预制层；所述GaN预制层的厚度为0.3～4μm；

(4)GaN纳米柱模板层的制备：通过采用TracePro软件设计并优化纳米柱的排布，再利用ICP刻蚀技术将GaN预制层刻蚀成GaN纳米柱模板层，模板层的纳米柱的平均直径为200～500nm，纳米柱之间的平均间距在450～600nm；所述GaN纳米柱模板层的厚度为0.3～4μm；

(5)隔离层的制备：利用PECVD技术在GaN纳米柱模板层和未被模板层的纳米柱覆盖的衬底上沉积隔离层，再刻蚀掉模板层的纳米柱上面的隔离层，留下GaN纳米柱模板层侧壁和未被模板层的纳米柱覆盖的衬底上的隔离层，以防止GaN颗粒沉积在间隙位置；隔离层的厚度为30～200nm；

(6)GaN纳米柱阵列的制备：衬底温度控制在700～900℃，衬底转速为5～10r/min，靶基距为50～80mm，同时PLD中激光波长为248nm，激光能量为220～340mJ/cm²，频率10～30Hz，氮的等离子体流量为3～10sccm，RF活化功率为200～500W，使用高能激光轰击陶瓷GaN靶的条件下在GaN纳米柱模板层上生长GaN纳米柱阵列；所述GaN纳米柱阵列中纳米柱的厚度为0.2～2μm。