专利名称：一种MOCVD方式自组装生长GaAs纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及GaAs纳米结构制备的一种方法，是利用MOCVD技术在GaAs衬底上自组装生长GaAs纳米结构，属于半导体材料技术领域。
背景技术：
半导体元素硅(Si)已经在微电子领域得到广泛的应用，是微电子产业发展的基础。然而Si本身存在致命的弱点，使得它在光电子器件的应用方面给受到了很大的限制。III-V族的GaAs被认为是继Si之后的第二代半导体材料。砷化镓化学式为GaAs， 禁带宽度1. 4电子伏。黑灰色固体，熔点1238°C。它在600°C以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。砷化镓其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。另外，由于它是一个直接带隙跃迁的半导体，适合于制备光电子器件，因此比硅基材料有更大的应用范围。但是，以目前的技术还不能对其进行大批量生产。 而且，以往制备GaAs纳米结构的方法都比较复杂。
发明内容
针对背景技术中提出的问题，本发明采用了金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaAs纳米结构，方法简单，容易实现。在真空反应室中，用GaAs做衬底，并对衬底高温加热，当达到一定温度(700°C -1200°C )时，衬底GaAs被分解，As气化， 留下单质( 纳米结构。同时我们通入As有机源，真空反应室中As的浓度越来越大，当As 的浓度达到一定值时，以自组装形式As与( 又重新结合，形成GaAs纳米结构。在这里我们用氮气(N2)作为载气。通入氩气(Ar)作为保护气，防止As在气化时生成氯化砷，也防止单质( 被氧化。这种方法可以大量生长GaAs材料。由于GaAs未完全热分解，因此生长速率不是单一的，受源分子传输速率的控制，还受到源分解率的影响，生长机制属于“动力学控制机制”。同时，本发明生长过程属V-S机制。As气体直接固化，无液相生成，中间杂质少，所得纳米结构更为纯净。而且此种方法简单易行。
具体实施例方式1、用GaAs体材料做为反应源。在真空反应室中，将其放置在基座上；2、预抽真空，对衬底进行热处理10分钟，保持基座旋转；3、通入保护气氩气(Ar)，高温加热衬底，升到所需生长温度，衬底GaAs发生热分解，As变成气体跑出到，并存在在真空反应室中，衬底上留下纳米结构Ga单质。保护气可以防止( 单质被氧化；4、通入As源，用有机化合物叔丁基砷(TBAs)作为As源，用氮气作为载气，将As 单质输运到反应室中。反应室中的As气浓度越来越大，达到一定值时，使系统迅速降温，这时，As单质又与( 单质重新自组装结合，生成具有纳米结构的GaAs ；
5、生长结束后，关闭加热器，让它自然降温。当温度下降至150左右时，停止通入气体。打开放气阀，使真空室内气压增大到常压。取出样品保存。
权利要求
1.一种用MOCVD技术生长GaAs纳米结构的方法，其特征在于具体实施步骤为(1)在真空反应室中，将GaAs衬底放置在基座上。(2)预抽真空，让其真空度达到5 量级。(3)当真空度达到10-3 后开始对衬底进行热处理10分钟，保持基座旋转。(4)通入保护气氩气(Ar)，高温加热衬底，升到所需生长温度，衬底GaAs发生热分解， As变成气体跑出，并存在真空反应室中，衬底上留下纳米结构( 单质。保护气可以防止( 单质被氧化。(5)通入As源，用有机化合物叔丁基砷(TBAs)作为As源，用氮气作为载气，将As单质输运到反应室中。反应室中的As气浓度越来越大，达到一定值时，使系统迅速降温，这时， As单质又与( 单质重新自组装结合，生成具有纳米结构的GaAs。(6)生长结束后，关闭加热器，让它自然降温。关闭As源阀门,N2保持lOOsccm的流量。 当温度下降至150°C左右时，停止通入气体。打开放气阀，使真空室内气压增大到常压。(7)关闭总电源，取出样品，放好。
2.根据权利要求1所述的，用MOCVD技术生长GaAs纳米结构其特征在于用GaAs体材料做衬底直接生长GaAs纳米结构。
3.根据权利要求1所述的，本发明使用有机化合物叔丁基砷(TBAs)作为As源，TBAs 的热分解温度较低，容易气化，输运到真空反应室中，容易控制As源的量。
4.根据权利要求1所述的，本发明中对系统温度的控制为先升温再迅速降温。升温达到所需温度，保持一段时间，当真空反应室中As气浓度达到足够大时，使系统迅速降温。
5.根据权利要求1所述的，本发明的生长过程属V-S机制。As气直接固化与( 单质结合，生成GaAs纳米结构。
全文摘要
本发明采用金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition简称MOCVD)方法制备GaAs纳米结构。在GaAs体材料衬底上气化生长GaAs纳米结构，属V-S(气-固)机制。在真空反应室中，用GaAs体材料做衬底，并对衬底高温加热，当达到一定温度(700℃-1200℃)时，衬底GaAs被分解，As气化，留下单质Ga纳米结构。同时通入有机化合物叔丁基砷(TBAs)As源到反应室中，TBAs的热分解温度较低。真空反应室中As的浓度越来越大，当As的浓度达到一定值时，对系统迅速降温，使As以自组装形式与Ga又重新结合，形成GaAs纳米结构，以氮气(N2)作为载气，以氩气(Ar)作为保护气，防止As在气化时生成氯化砷，也防止单质Ga被氧化。利用这种方法生长GaAs纳米结构，操作简单，给量产带来很大便利。
文档编号C23C16/44GK102345110SQ20111029001
公开日2012年2月8日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者方芳, 方铉, 李金华, 王晓华, 王菲, 陈新影, 魏志鹏 申请人:长春理工大学